2018 EECS福利斯特的有机太阳能电池
图片来源：密歇根大学
在一项使可商业化太阳能电池更柔韧更便宜的发展项目中，密歇根大学（University of Michigan）的研究者们证实，有机太阳能电池效率能够达到15%。
该效率值与目前市场上多数太阳能电池与光伏电池相近。
“有机光伏电池有可能降低太阳能系统的总成本，使太阳能真正成为可普遍使用的清洁能源。”领导这项工作的教授史蒂芬·福里斯特（Stephen Forrest）说道。他曾被评为“Peter A. Franken”荣誉杰出工程大学教授，以及“Paul G. Goebel”荣誉工程学教授。
有机太阳能电池有15%的效率和20年的使用寿命，研究者们预计它的发电成本低于每千瓦时7美分。相比之下，根据美国能源信息管理局（U.S. Energy Information Administration）的资料，2017年美国发电的平均成本为每千瓦时10.5美分。
有机太阳能电池结构中包含了碳，以提供一些优于传统“无机”电池的性能。硅基无机太阳能电池由厚而坚硬的板制成，需要固定安装位点，成本很高。
然而碳基有机太阳能电池制作成本很廉价。它足够薄，能在特定的结构或服装中弯折和变形，并能制成任何颜色甚至透明，以融入到它所在的环境中。
尽管有这些优势，有机太阳能电池的效率依然较低，无法与传统能源相抗衡。
“最近几年，有机光伏电池的效率停滞在11~12%。”应用物理学项目的博士在读生Xiaozhou Che说。他是《自然能源》杂志（Nature Energy）上发表的一项新研究的第一作者。
为了打破僵局，研究者们在设计和工艺流程上结合了多项前沿技术。
首先，他们设计了一个有着特殊层的系统来同时吸收可见光和红外光。简单来说，他们堆叠了两个有机太阳能电池——一个能够吸收波长350纳米以上的可见光，另一个可以吸收波长最高950纳米的近红外光。
“它们各自能达到10-11%的有效率。” Che说，“当我们把它们堆在一起，加上抗反射涂层，电池的吸光量增加了，电池效率攀升至15%。”
堆叠电池需要在工艺流程上有所突破。研究团队发明了防止第一层电池被破坏的互连层，同时保证光和电荷依然能够穿过它。
“因为用来处理顶层电池的液体有可能溶解已经放置在下层的电池，所以通常认为这个工艺很有难度。”Che说道。
最终，团队展示了他们有着超过95%的高成品率的新设计、原料和工艺流程。这意味着研究者们成功地制造了这些设备，并且几乎没有短路现象。此外，这对将该产品的制造流程扩大到工业化水平至关重要。
尽管已经创造了太阳能电池效率的记录，但科研团队相信他们能够更进一步。
“我们能通过提高光吸收率来增大电流，并通过减少能量流失来增大电压。”Che说，“根据推算，此类复合结构电池设备的效率在不久的将来有望达到18%。”
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