串联聚合物太阳能电池效率的新世界纪录

杨洋，加州大学洛杉矶分校工程学院材料科学与工程教授，也是该研究的主要研究员。

美国国家可再生能源实验室（NREL）今天宣布：“科学家通过成功测试低带隙聚合物的电池，提升了串联聚合物太阳能电池的重要性，该低带隙聚合物相对于标准地面报告条件实现了8.62±0.3％的认证转换效率。”

UCLA补充说：“此外，在研究人员将日本住友化学公司提供的新型吸收红外线的聚合物材料掺入设备后，该设备的体系结构被证明具有广泛的适用性，功率转换效率跃升至10.6％，这是一个新记录。” 。

这是聚合物太阳能电池最高的独立测量效率。

NREL和UCLA的研究人员达到了新的记录效率，并撰写了一份报告，“具有光谱匹配的低带隙聚合物的串联聚合物太阳能电池”，于2月12日发表在《自然光子学》杂志上。

加州大学洛杉矶分校工程学院研究系成员，论文的合著者李刚说：“与单结器件相比，我们一直在研究串联太阳能电池的时间要短得多。”“对于我们来说，在如此短的时间内提高效率方面取得了如此成功，这确实证明了串联太阳能电池技术的巨大潜力。”

杨说：“一切都是通过非常低成本的湿涂工艺完成的。”“由于该工艺与当前的制造工艺兼容，我预计该技术将在不久的将来在商业上可行。”

Yang希望在未来几年内将效率提高15％。

在NREL的Spectrolab X-25太阳模拟器（又名“单太阳太阳模拟器”）上进行的一项测试中，达到了创纪录的效率，这是一种具有宽电流和电压范围的太阳模拟器。

“准确测量串联细胞是困难的。NREL首席工程师Keith Emery说：“ NREL仿真器通过精确地调整频谱来提供无与伦比的精度，而这样做的时间却是其他仿真器可以完成的。”在仿真器频谱下，每个设备结点的行为都必须与参考频谱下的行为相同。这需要对模拟器频谱进行重大调整，这通常是非常繁琐的过程。

NREL的“单阳太阳模拟器”能够将一次整天的磨难变成一项五分钟的任务。“我们认为它也更准确，因为我们可以更好地调整频谱，”埃默里说。

串联太阳能电池和聚合物太阳能电池

串联太阳能电池也称为多结太阳能电池，这是我们已经写过很多次的技术。

加州大学洛杉矶分校工程学院材料科学与工程学教授，这项研究的首席研究员杨扬说：“设想一辆双层巴士。”“公共汽车可以在一个甲板上载有一定数量的乘客，但是如果您要增加第二个甲板，则可以在相同的空间容纳更多的人。这就是我们在串联聚合物太阳能电池上所做的。”

串联或多结太阳能电池已经发展了多年，但是由于一个特定的障碍，聚合物太阳能电池的进步已经有些滞后。

NREL指出：“根据设计，串联式太阳能电池比单一太阳能电池可以吸收更广泛的太阳光线。”“但是聚合物太阳能电池已经落后了，因为很难找到合适的低带隙聚合物。”

实现记录效率

老实说，这里的技术超出了我的专业知识，因为我敢肯定，这些技术适用于99.99％的人口和大多数读者，但是，如果您喜欢阅读有关此类科学技术的文章，这里有更多详细信息（概述，来自NREL ：）

在复杂的测试中，研究人员能够演示具有低带隙共轭聚合物（PBDTT-DPP：带隙，1.44 eV）的高效单层和串联聚合物太阳能电池。当他们用这种聚合物测试单层设备时，它将太阳光线转化为电能的效率约为6％。当将该聚合物应用于串联太阳能电池时，功率转换效率达到8.62％。

UCLA小组最近通过并入了日本住友化学（Sumitomo Chemical）的新型红外吸收聚合物来改善这一结果。NREL在标准地面报告条件下测得的功率转换效率为10.6 +/- 0.3％。

在太阳能电池中堆叠不同材料的层意味着多个带隙，每个带隙捕获太阳光谱的不同部分。挑战在于如何通过有效利用太阳光谱的低能量部分来实现大电流，并实现小的能带隙-小于1.5 eV。

这项研究的支持来自美国国家科学基金会，美国空军科学研究所，美国海军研究处以及美国能源部。

资料来源：NREL和加州大学洛杉矶分校