香港科技大学研发出新材料让高分子太阳能电池效率创新纪录
13-11-2014
香港科技大学化学系颜河教授的研究团队,近日成功研发出三种新的高分子材料以及超过十种高分子富勒烯材料组合,能够实现高达10.8%的光电转化效率,是迄今最高效的单节高分子太阳能电池。

高分子太阳能电池是一种成本低且环保的太阳能技术。高分子太阳能电池板不但轻巧灵活,更可透过类似报章印刷的技术大量生产,以降低成本。高分子太阳能电池由高分子给体和富勒烯受体的共混薄膜构成,可为智能手机及手提电脑等流动装置充电。尽管高分子太阳能电池近年发展迅速,一些限制条件仍然制约其发展,如高分子-富勒烯共混膜的形貌难于控制。

颜河教授团队与北卡罗来纳州立大学的Harald Ade教授以及马伟博士合作,在《自然通讯》上发表了一篇论文,阐述随温度控制的高分子聚集效应是实现高效率太阳能电池的关键因素。Ade教授团队运用一系列的X光技术对高分子-富勒烯混合物形貌进行了测试,发现由科大颜教授团队研发的混合物拥有「近乎理想」的形貌状态,有别于现存的先进材料。

颜教授表示:「开发高分子太阳能电池材料的研究成功率通常较低,仅有几种高分子材料和一种富勒烯材料可达9%的光电转化效率。而我们团队自2013年9月研发出第一个超过10%效率的材料组合之后,在过去一年先后研发出两种高分子材料及多种不同的富勒烯材料,均能实现超过10%的能源转化效率。我们希望这些新材料的设计方法和Ade教授的测试结果能促进其他科研人员对高分子-富勒烯材料的研发,从而提升太阳能电池效率,进一步降低成本,尽早实现高分子太阳能电池商业化。」

除了研发出10.8%效率的高分子太阳能电池,颜教授团队在其他有机太阳能电池领域也取得了突破,包括用高分子或者小分子作为受体的有机太阳能电池,达至6.3%的高效率记录。长远来说,发展新型受体材料将拓阔制造有机太阳能电池材料的选择,促进高效、低成本太阳能电池的发展。三篇阐述这些成果的文章已于高影响因子杂志Advanced Materials Energy and Environmental Science上发表。

颜教授本科毕业于北京大学,2004年于西北大学获得博士学位。在加入香港科技大学之前,曾担任Polyera公司(该公司在有机电子领域处于领先地位)的科研课题组长。颜教授在Polyera公司最主要的成果是研发出第一例高迁移率的N型半导体高分子聚合物材料,此成果于2009年发表在《自然》期刊上,并于2010年的可印刷电子学大会上获得最佳有机材料奖。

颜河教授(中)及其科研团队成员(左起)﹕蒋奎,李正珂,胡华伟,刘宇航,赵靖波及林浩然。

颜河教授(中)及其科研团队成员(左起)﹕蒋奎,李正珂,胡华伟,刘宇航,赵靖波及林浩然。

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