制造有機太陽能電池的智能新方法

使用廉價材料和簡單制造方法的能力是印刷有機太陽能電池的兩大優勢。林雪平大學教授OlleInganäs是一個研究小組的負責人，該小組現在開發了一種更簡單的制造太陽能電池組件的方法。結果發表在科學期刊npj Flexible Electronics上。

有機太陽能電池的能效接近傳統硅太陽能電池的能效，但它們不一定必須在同一市場上競爭。

“有機太陽能電池可以在很多環境中使用，尤其是那些有用的特性：它們可以是半透明的，柔軟的，柔韌的，可以用不同的顏色獲得，而且它們制造起來很便宜，”OlleInganäs說。林雪平大學生物分子和有機電子學教授。

他和他的研究小組一起開發了一種改進的方法來制造這些薄而柔韌的太陽能電池。

在如圖所示的半透明太陽能電池組件中，使用具有聚合物PEDOT：PSS(通常用于有機電子器件)的兩種變體的電極，其中一種用作陽極而另一種用作陽極。在太陽能電池組件上出現的條紋是陰極型或陽極型材料的線。吸收光并產生電子的有源層位于這些電極之間。各個太陽能電池在模塊中串聯連接。

當電極和有源層作為薄膜印刷在彼此之上時，一層中的缺陷將作為下一層要印刷的攻擊點。這些缺陷相互加強并導致頂部和底部之間的短路。到目前為止，通過使電流通過電池已經解決了這個問題。

“每個單獨電池的缺陷必須燒掉。這不僅耗時，而且不容易進入所有電池，這意味著故障單元的廢品率非常高，”OlleIngganäs解釋說。

研究人員現已成功測試了一種方法，即使用活性聚合物材料代替膠水。在整個單元層壓在一起之前，兩個塑料薄膜，一個帶有陽極，另一個帶有陰極，被活性材料覆蓋。由于僅印刷兩層，因此缺陷的數量較少，并且在層壓期間兩個缺陷彼此正好相對的可能性可忽略不計。

“它確實沒有發生。但我們確實發現，當我們將兩層層壓在一起以提供一個靈活而堅固的模塊時，太陽能電池在從一側照射而不是從另一側照射時會產生更多電流。當然，我們希望無論太陽升起還是落山，電池都能產生相同的電流，“他指出。

研究人員已經證明，這是造成麻煩的水分。在電子到達電極之前捕獲電子的材料中形成小電子陷阱。該問題可以通過制造陽極和陰極薄膜，然后在活性聚合物與保護氣氛中快速層壓在一起來解決。薄膜暴露于水分的時間越短越好。

“我們已經證明，這種層壓方法適用于許多不同的聚合物組合，并且能效與傳統制造方法一樣高，”OlleInganäs說。

由位于林雪平大學的OlleInganäs及其團隊開發的太陽能電池組件正由分拆公司Epishine開發和制造，該公司選擇瞄準室內電池市場。然后太陽能電池吸收室內照明并產生足夠的電流來供電，例如，當其主人不在家時記錄狗的傳感器，或測量室內濕度或溫度的傳感器。室內照明的光譜和強度與日照不同，因此使用條件更簡單，效率更高。