新闻

南开大学陈永胜教授团队研获高性能柔性有机太阳能电池,光电转化效率达16.5%

11月4日,国际顶级学术期刊《自然·电子学》(Nature Electronics)刊发了南开大学化学学院陈永胜教授团队的研究论文,介绍了他们在柔性透明电极与柔性有机太阳能电池领域研究中获得的突破性进展。

文章介绍,陈永胜教授团队制备了同时具有高导电、高透光且低表面粗糙度的银纳米线柔性透明电极,将其用于构筑柔性有机太阳能电池,与使用商业氧化铟锡(ITO)玻璃电极的器件性能相当,光电转化效率可达16.5%,刷新了文献报道的柔性有机/高分子太阳能电池光电转化效率的最高记录。这一成果使得高效柔性有机太阳能电池距离实现产业化更近一步。

柔性电子器件,特别是基于有机材料的光电器件,是未来电子器件发展的一大趋势,具有巨大的应用前景。“其中,获得高性能的柔性透明电极是实现高效柔性有机光电器件的前提,也是目前该领域的核心难题。但是,如何获得同时具有高导电、高透光、低表面粗糙度以及制备方法简单、绿色的柔性透明电极依然是巨大的挑战。”陈永胜说。


柔性透明电极与柔性有机太阳能电池的示意图

由于缺乏上述高性能的柔性透明电极,目前柔性有机光电器件的性能仍大幅度落后于相应的刚性器件。柔性透明电极通常采用干法(如蒸镀)或溶液处理(如狭缝印刷、纳米压印或电纺丝等)工艺制备。相比于干法制备,溶液处理方法制备柔性电极具有成本低,可大规模“卷对卷”印刷制备等优点,发展潜力巨大。

在逾渗阈值理论指导下,陈永胜教授团队利用高分子电解质,根据离子静电相互排斥原理,一步法制备了具有“类网格”结构的银纳米线柔性透明电极。该柔性透明电极实现了优异的性能,其中方阻10Ωsq-1,透光度92%(550 nm),品质因子(FoM)可达416,表面粗糙度低,且具有优良的机械性能和热稳定性以及制备方法简单、绿色。

a)银纳米线薄膜的sem斜截面图,b)大面积(12.25 cm2)柔性透明电极照片;c)柔性有机太阳能电池器件结构

为证明其在有机光电器件中的实用性,陈永胜团队制备了基于该柔性透明电极的柔性有机太阳能电池。研究表明,该电极可适用于不同类型活性材料以及单结及叠层光伏器件。制备的柔性光伏器件与使用商业ITO玻璃电极的器件性能相当。单结和叠层柔性有机太阳能电池分别实现了13.1%和16.5%的光电转化效率,并表现出优异的机械性能,连续弯曲1000次(弯曲半径r=5 mm),器件仍能保持初始效率的95%以上。

“除了应用于有机太阳能电池,这一低成本高性能柔性透明电极在其它柔性电子如有机发光二极管、晶体管、传感器等领域也将有极大的应用潜力。”陈永胜说。

据了解,该研究得到科技部、国家自然科学基金委、天津市科委和南开大学相关科技项目支持。

关于柔性太阳能电池

柔性太阳能电池,是薄膜太阳能电池的一种,而且技术先进、性能优良、成本低廉、用途广泛。可以应用于太阳能背包、太阳能敞篷、太阳能手电筒、太阳能汽车、太阳能帆船甚至太阳能飞机上。柔性太阳能的一个重要应用领域是BIPV(Building Integrated Photovoltaic,光伏建筑一体化),它可以集成在窗户或屋顶、外墙或内墙上。