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高效三结聚合物太阳能电池的设计创造新记录

2022-12-15 03:58上一篇:高效非反向降压-升压转换器设计技巧 |下一篇:没有了

本文摘要:有机太阳能电池一般来说由两种材料做成:供体和受体,这有助有效地的电荷分离出来。对于受体,最常用的分子是蓝色吸附性富勒烯中的一个。 这使得供体材料的吸收光谱可以覆盖面积尽量多的太阳光光谱。但大多数有机半导体只有一个小的光学比特率。因此,基于这种材料的太阳能电池只捕捉到太阳光谱的一小部分。 这个问题可以通过设计一个必要的填充或串联组态来解决,调整一些有机材料,使得各自吸收光谱的分开一部分,从而减少了整个装置的效率。

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有机太阳能电池一般来说由两种材料做成:供体和受体,这有助有效地的电荷分离出来。对于受体,最常用的分子是蓝色吸附性富勒烯中的一个。

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这使得供体材料的吸收光谱可以覆盖面积尽量多的太阳光光谱。但大多数有机半导体只有一个小的光学比特率。因此,基于这种材料的太阳能电池只捕捉到太阳光谱的一小部分。

  这个问题可以通过设计一个必要的填充或串联组态来解决,调整一些有机材料,使得各自吸收光谱的分开一部分,从而减少了整个装置的效率。用于高频带上间隙的半导体材料吸取短波电磁辐射,波长较长的部分传输到先前的半导体。

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  在这种背景下,研究人员对多结太阳能电池的发展寄予厚望,期望能大幅打破单结有机光伏电池的性能。  从理论上谈,随着拢的数目无限减少,太阳能电池可以获得的仅次于功率切换效率(PCE)为高度集中阳光的将近87%。我们面对的挑战是研发可以构建大范围带隙和以低结晶质量快速增长的半导体材料系统。  新的研究出自于加州大学洛杉矶分校(UCLA)的YangYang实验室,有机串联太阳能电池研究的领先实验室之一。

该实验室明确提出了一种高效的设计即三结有机串联太阳能电池具备一个配备带上隙能量设计以最大化串联输入光电流。  在2014年7月14日先进设备材料在线版(一种高效三结聚合物太阳能电池具备功率切换效率多达11%)中报导了这项研究中创意的关键,这是一种有机材料的展示,需要仿真III-V基太阳能电池中创纪录效率的三结结构。  以工业标准的GalnP/GalnAs/锗技术结构的III-V基太阳能电池早已超过了所有太阳能电池的最低能量切换效率,多达当前记录40%。  在III-V库斯科结太阳能电池中,用作低电流输入三结电池的拟合排序另设一个宽带隙吸收器(2.0-1.85eV),一个中带隙吸收器(1.4-1.2eV),并且以较低带上隙吸收器(1.0-0.7eV)。

ChunchaoChen,Yang的实验室的一个学生,也是论文的第一作者,说明说道:然而,这个最佳的设计规则无法必要应用于在有机太阳能电池中,因为缺少具备带上隙较低至1eV的有效地供体材料。因此,我们开始为三结著手确认与实际结合的带隙能量以创建一个高效的有机串联太阳能电池结构。  团队坚信,他们从设计串联太阳能电池中所取得的经验和科学知识可以被移往到其他光伏技术例如混合太阳能电池;钙钛矿太阳能电池;CIGS太阳能电池。

例如去年,他们早已证明串联结构可以与现有的半透明太阳能电池的设计结合,可造成效率提升一倍。


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