Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 製造/封裝
 
 
製造/封裝  

微米級「耙子」倍增太陽能電池效率

上網時間: 2015年08月21日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:太陽能電池  聚合物  耙子  FLUENCE  塑料 

利用一個微小的耙子,可能提高塑料太陽能電池的轉換效率。

混合供體(donor)聚合物與受體(acceptor)的許多聚合物組合可用於形成一個完整的塑料太陽能電池。遺憾的是,有些最佳組合往往因為聚集在一起而減少了電子轉移時的表面積——從供體(轉移電子)到受體(讓太陽能電池中的電子通過,傳送至到太陽供電的裝置)。然而,透過一個微米級的「耙子」即可排解這些聚集,並形成奈米級晶體,使得表面積倍增,從而提高2倍的輸出功率。

美國史丹佛大學(Stanford University)材料與能源科學研究所(SIMES)將這一過程稱為「流體強化晶體工程」(FLUENCE)。

「我們分別使用了供體和受體聚合物材料——即全聚合物太陽能電池,在塗佈期間利用微米級耙子爬梳,可使所用的模型系統效率倍增,」SIMES成員之一的華裔教授鮑哲南表示。

現在一般都會為全塑料太陽能電池選擇使用聚合物,因為聚合物較不會聚集,即使產生的激子也很少會是易於聚集的聚合物。然而,利用這種FLUENCE技術,可讓太陽能電池利用聚合物實現聚光功能——每個光單位所產生的激子(電子/電洞對),從而最佳化轉換效率,使其輸出功率較傳統的塗佈方式增加一倍。


柱狀豎立的1微米間距「流體強化晶體工程」或FLUENCE「耙子」的 掃描電子顯微鏡(SEM)圖
(來源:史丹佛大學)

「這種微米級的耙子可加以調諧而與現存的聚合物配方共同作業。然而,根據所使用的聚合物系統,耙子的效應也有所差異,但在聚合物傾向於聚集成一大塊的情況下最有效。它可利用顯微級的耙子使其分散成小塊,實現更有效率的激子解離,」鮑哲南說。

目前,這些經概念驗證的耙子實驗正以十分緩慢的速度進行——每小時約3.5-14.2英吋,與塑料太陽能電池實現最經濟生產需要每小時50英哩的高速捲對捲(R2R)製程相距甚遠。然而,研究員們並不擔心提高速度的挑戰,他們表示,這只需要最佳化參數即可——這包括從選擇不同溶劑類型到改變製程溫度,以便使FLUENCE製程提升到更高速的製造。

「我認為,為了落實這種微米級耙子的優點,選擇合適的溶劑和溫度十分重要,」鮑哲南表示。

據鮑哲南解釋,過去一般採用顯微級直刀來瓦解這些聚集塊,但微型耙子的效率更高18%,加上它還能製造商進一步提高全塑料太陽能電池的生產效率。事實上,研究人員們十分看好這種FLUENCE製程,可讓塑料太陽能電池只需要一小部份的製造成本,就能展現超越矽晶太陽能電池的效率。


流體強化晶體工程(FLUENCE) 解決方案
(來源:史丹佛大學)

美國國家加速器實驗室(SLAC)的史丹佛同步輻射光源(SSRL)部門負責人Mike Toney利用X射線衍射測量FLUENCE可分開供體與受體奈米級晶體的程度,也為這項研究帶來貢獻。此外,美國羅倫斯柏克萊國家實驗室(LBNL)的先進光源(ALS)則用於表微這項技術。

微米級粑子以1.2微米間距封裝,高度約1.5微米。史丹佛大學研究研究員Yan Zhou為供體與受體晶體之間表徵最佳化距離——使其接近到足以實現快速的電子轉移,但又不至於太接近讓受體可在採集到電力後才傳回電子。

其他有助於實現這項計劃的還包括前SLAC科學家Stefan Mannsfeld(現為德國Dresden工業大學教授)、前SIMES博士後研究員Ying Diao(現任伊利諾大學教授),以及來自ALS、北京大學與韓國成均館大學的科學家群。

美國能源部(DoE)的BRIDGE研究計劃、SLAC的指導研究和開發計劃實驗室與國家加速器實驗室、SIMES以及史丹佛大學均為這項提供贊助資金。

更多細 節可參考刊登於最新一期《自然通訊》(Nature Communications)期刊中的Flow-enhanced solution printing of all-polymer solar cells DoE Supercomputer Does Big Data一文。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Plastic Solar Cells Double Output,by R. Colin Johnson)





投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 微米級「耙子」倍增太陽能電池效率
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首