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日本产综研:有机太阳能电池转换效率的理论极限值约为21%
作者:佚名  来源:本站原创  浏览:1396  更新时间:2013-12-30

  在作为新一代太阳能电池备受关注的“有机太阳能电池”方面,日本产业技术综合研究所(产综研)对这种电池将阳光转换成电力的能力——“光电转换效率”(以下简称转换效率)的理论极限进行了模拟计算,得出气数值约为21%。日本正以产综研太阳能发电工学研究中心为核心,汇集环境˙能源、测量˙计量标准、纳米技术˙材料˙制造等多领域研究人员组成有机太阳能电池极限效率研讨会,开展有机太阳能电池转换效率的理论极限方面的研究。此次在理论上计算出的约21%的极限值高出目前所能实现的10~12%实际效率许多,表明今后通过选择及改进材料并优化结构,还有望使转换效率进一步提高。

  目前主流的晶体硅太阳能电池等无机太阳能电池的转换效率理论极限已获知。此次便是以此为基础,并将无机太阳能电池与有机太阳能电池在吸收光后产生电力的机理方面的不同纳入考虑因素,计算出了有机太阳能电池的转换效率理论极限值。该成果有望成为有机太阳能电池的转换效率“能够提高到何种程度”的研发指南。上述成果将于近期在应用物理学会杂志《Applied Physics Letters》的在线版上公开。

  电荷分离时存在0.4 eV能量损失的情况下,光电转换效率的理论极限值与太阳能电池可吸收的光能的最小值(光吸收端能量)之间的关系。红线表示无机太阳能电池的理论极限值,蓝线表示有机太阳能电池的新的理论极限值。

  有机太阳能电池拥有有机材料所特有的薄轻软柔特性,可安装在以往的晶体硅太阳能电池板难以设置的场所,作为新一代太阳能电池备受期待。不过,与晶体硅太阳能电池相比,有机太阳能电池在提高转换效率及耐久性方面还存在技术课题。但近年来其转换效率快速提高,有研究称已超过10%,达到了与非晶硅太阳能电池相当的水平。因此,业界对有机太阳能电池的转换效率“能够提高至何种程度”颇为关注。

  在无机半导体太阳能电池方面,Shockley和Queisser于1961年宣布其转换效率的理论极限值约为30%,近年的实际效率已接近这一数值,无机太阳能电池的研发最近正朝着通过采用多结型及集光型等Shockley-Queisser理论中未曾考虑的构造来提高效率的方向发展。而另一方面,有机太阳能电池的转换效率也在急速提高,已达到需要依据“能提高至何种程度”的指南来推进的水平,因此业界希望获得类似Shockley-Queisser理论那样的极限效率数据。

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