香港科技大学发现新材料体系 开创有机太阳能电池新时代
01-08-2016
香港科技大学(科大)的研究团队近日发现了一个新的材料体系,将有望改写有机太阳能电池的未来发展。利用该材料造成的有机太阳能电池,能于接近零的电荷分离驱动力下,达到高效及高速的电荷分离。这意味着较环保的有机太阳能电池,可望媲美无机太阳能电池的效能水平。

这项突破性的成果由科大化学系颜河教授领导的团队发现,并于6月在Nature Energy杂志上发表。

有机太阳能电池是一项重要的第三代太阳能电池技术。然而,它需要0.3eV或以上的驱动力,才能进行发电的必须步骤,即电荷分离。这大大限制了有机太阳能电池的发展,因为对驱动力的需求,令有机太阳能电池无可避免地产生了较大的电压流失,因而限制了它的光电转换效率。

这个科学界研究逾廿载的难题,如今可能被颜教授的团队破解。科大团队与瑞典林雪平大学的高峰教授、以及美国北卡罗来纳州立大学的Kenan Gundogdu教授合作,于驱动力接近零的情况下,利用由新材料体系造成的有机太阳能电池,实现了于0.1-3皮秒间发生、超快速的电荷分离。

这项突破将对有机太阳能电池产生革命性的影响。现时,即使是表现最佳的有机太阳能电池,也只能达到百分之12至13的光电转换效率。若电荷分离所需要的驱动力被减至接近零,电池的最高转换效率将可提升至百分之20至25,足以媲美当今最先进的无机太阳能电池。而相关成果亦引发了一系列包括有机太阳能电池中的电荷分离和复合是如何发生等问题,并将引起新一轮有关有机半导体材料中光物理过程的研究。

这项研究成果是过去两年颜教授团队取得的第三个重要突破(之前两项成果分别于Nature Comm., 2014, 5293Nature Energy, 2016, 15027发表)。2014年,团队发现了一个能加速有机太阳能电池材料发展的新方法,至2016年初,团队利用这个方法,以环保方式制作出当时全球最高效率的有机太阳能电池。不过,颜教授说是次科研成果,较之前两项成果更为重要,他表示﹕「我们的研究重新界定了有机太阳能电池在基础研究和工业应用中可达至的最高光电转换效率,这让我们对有机太阳能电池的前景非常乐观。我们希望与化学、物理以及能源方面的专家合作,在这个令人振奋且发展迅速的领域,打造一个重要的研究平台。」

颜教授本科毕业于北京大学,2004年于美国西北大学获得博士学位。2012年加入科大之前,曾于著名有机电子公司Polyera Corporation领导一个科研团队。

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颜河教授(中)的研究团队

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