對(duì)于他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中展示的所有承諾，聚合物太陽(yáng)能電池仍然需要像印刷報(bào)紙中那樣“卷起來(lái)”，以便可以連續(xù)且經(jīng)濟(jì)地制造大片可接受的高效光伏器件。聚合物太陽(yáng)能電池以多種方式提供優(yōu)于傳統(tǒng)硅基對(duì)應(yīng)物的優(yōu)勢(shì)，包括更低的成本，更小的碳足跡和更多種用途。

 

 

由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際小組報(bào)告的新研究結(jié)果表明，大規(guī)模生產(chǎn)聚合物太陽(yáng)能電池的“最佳點(diǎn)” - 幾十年來(lái)的誘人前景 - 可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的規(guī)定。智慧。在使用大批量卷對(duì)卷加工方法模型的實(shí)驗(yàn)中，研究人員生產(chǎn)的聚合物基太陽(yáng)能電池的“功率轉(zhuǎn)換效率”優(yōu)于9.5％，僅略低于最低商業(yè)目標(biāo)10％，這幾乎與實(shí)驗(yàn)室中使用旋涂的小批量設(shè)備一樣好，這種方法在實(shí)驗(yàn)室中生產(chǎn)高質(zhì)量的薄膜，但在商業(yè)上是不切實(shí)際的，因?yàn)樗速M(fèi)了高達(dá)90％的初始油墨。

 

 

研究人員有些驚訝，他們的批量生產(chǎn)版本顯示出分子堆積和紋理，與實(shí)驗(yàn)室制造的品種略有相似，最好將大約11％的入射陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)驗(yàn)法則'是高容量聚合物太陽(yáng)能電池看起來(lái)應(yīng)該像納米級(jí)的結(jié)構(gòu)，組織和形狀一樣在實(shí)驗(yàn)室制造，”負(fù)責(zé)功能的NIST物理學(xué)家Lee Richter說(shuō)。聚合物。“我們的實(shí)驗(yàn)表明，這些要求比假設(shè)要靈活得多，允許更大的結(jié)構(gòu)變化，而不會(huì)顯著降低轉(zhuǎn)換效率。

 

 

“高效的卷對(duì)卷制造是實(shí)現(xiàn)低成本，大批量生產(chǎn)的關(guān)鍵，這將使光伏發(fā)電能夠擴(kuò)展到全球能源生產(chǎn)的很大一部分，”香港科技大學(xué)的合作者何燕解釋說(shuō)。技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)試驗(yàn)了一種由氟化聚合物和富勒烯（也稱為“巴基球”）組成的涂層材料。采用技術(shù)名稱PffBT4T-20D，該聚合物對(duì)于規(guī)?；a(chǎn)具有吸引力 - 實(shí)現(xiàn)了超過(guò)11％的功率轉(zhuǎn)換效率。重要的是，它可以以相對(duì)厚的層施加 - 有利于卷對(duì)卷加工。

 

 

然而，最佳性能的太陽(yáng)能電池是采用小批量工藝的旋涂法生產(chǎn)的。在旋涂中，將流體分配到盤或其他基底的中心上，該盤旋轉(zhuǎn)以使材料擴(kuò)散直至達(dá)到所需的涂層厚度。除了產(chǎn)生大量廢物外，該過(guò)程是零碎的 - 而不是連續(xù)的 - 并且基板尺寸是有限的，因此研究小組選擇測(cè)試商業(yè)上相關(guān)的涂層方法，特別是因?yàn)镻ffBT4T-20OD可以應(yīng)用于250納米或更大的相對(duì)厚的層，或大致大的病毒大小。他們從刀片涂層開(kāi)始 - 類似于在經(jīng)過(guò)處理的玻璃基板上方的一部分頭發(fā)寬度處保持刀刃，將PffBT4T-20D涂在基板上。

 

 

一系列基于X射線的測(cè)量顯示，施加和干燥PffBT4T-20D的溫度顯著影響所得涂層的材料結(jié)構(gòu) - 尤其是形成的晶體的取向，間隔和分布，在90攝氏度（194華氏度）下刮刀涂布的基材性能最高，功率轉(zhuǎn)換效率高達(dá)9.5％。令人驚訝的是，在納米級(jí)別，最終產(chǎn)品與實(shí)驗(yàn)室制造的旋涂“冠軍”設(shè)備明顯不同。在刮刀涂布和旋涂期間的詳細(xì)實(shí)時(shí)測(cè)量顯示，在旋涂期間的快速冷卻與刮刀涂布期間的恒定溫度之間產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)。

 

 

“實(shí)時(shí)測(cè)量對(duì)于發(fā)展對(duì)成膜動(dòng)力學(xué)和最終優(yōu)化的正確理解至關(guān)重要，”沙特阿拉伯國(guó)王阿卜杜拉科技大學(xué)的合作者Aram Amassian說(shuō)，在結(jié)果的鼓舞下，該團(tuán)隊(duì)對(duì)柔性塑料板表面形成的PffBT4T-20D涂層進(jìn)行了初步測(cè)量。涂層涂在NIST的槽模輥對(duì)輥涂布生產(chǎn)線上，直接模仿大規(guī)模生產(chǎn)。測(cè)量結(jié)果證實(shí)，在相同溫度下加工時(shí)，用刮刀涂層制成的材料結(jié)構(gòu)和用槽模涂層制成的材料結(jié)構(gòu)幾乎相同。

 

 

“很明顯，所使用的加工方法類型會(huì)影響最終涂層中疇的形狀及其尺寸分布，但這些截然不同的形態(tài)不一定會(huì)破壞性能，”北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的合作者Harald Ade說(shuō)。“我們認(rèn)為這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)針對(duì)卷對(duì)卷加工優(yōu)化的聚合物太陽(yáng)能電池提供了重要線索。”