香港科技大學研發出新材料讓高分子太陽能電池效率創新紀錄
13-11-2014
香港科技大學化學系顏河教授的研究團隊,近日成功研發出三種新的高分子材料以及超過十種高分子富勒烯材料組合,能夠實現高達10.8%的光電轉化效率,是迄今最高效的單節高分子太陽能電池。

高分子太陽能電池是一種成本低且環保的太陽能技術。高分子太陽能電池板不但輕巧靈活,更可透過類似報章印刷的技術大量生產,以降低成本。高分子太陽能電池由高分子給體和富勒烯受體的共混薄膜構成,可為智能手機及手提電腦等流動裝置充電。儘管高分子太陽能電池近年發展迅速,一些限制條件仍然制約其發展,如高分子-富勒烯共混膜的形貌難於控制。

顏河教授團隊與北卡羅來納州立大學的Harald Ade教授以及馬偉博士合作,在《自然通訊》上發表了一篇論文,闡述隨溫度控制的高分子聚集效應是實現高效率太陽能電池的關鍵因素。Ade教授團隊運用一系列的X光技術對高分子-富勒烯混合物形貌進行了測試,發現由科大顏教授團隊研發的混合物擁有「近乎理想」的形貌狀態,有別於現存的先進材料。

顏教授表示:「開發高分子太陽能電池材料的研究成功率通常較低,僅有幾種高分子材料和一種富勒烯材料可達9%的光電轉化效率。而我們團隊自2013年9月研發出第一個超過10%效率的材料組合之後,在過去一年先後研發出兩種高分子材料及多種不同的富勒烯材料,均能實現超過10%的能源轉化效率。我們希望這些新材料的設計方法和Ade教授的測試結果能促進其他科研人員對高分子-富勒烯材料的研發,從而提升太陽能電池效率,進一步降低成本,儘早實現高分子太陽能電池商業化。」

除了研發出10.8%效率的高分子太陽能電池,顏教授團隊在其他有機太陽能電池領域也取得了突破,包括用高分子或者小分子作為受體的有機太陽能電池,達至6.3%的高效率記錄。長遠來說,發展新型受體材料將拓闊製造有機太陽能電池材料的選擇,促進高效、低成本太陽能電池的發展。三篇闡述這些成果的文章已於高影響因子雜誌Advanced Materials Energy and Environmental Science上發表。

顏教授本科畢業於北京大學,2004年於西北大學獲得博士學位。在加入香港科技大學之前,曾擔任Polyera公司(該公司在有機電子領域處於領先地位)的科研課題組長。顏教授在Polyera公司最主要的成果是研發出第一例高遷移率的N型半導體高分子聚合物材料,此成果於2009年發表在《自然》期刊上,並於2010年的可印刷電子學大會上獲得最佳有機材料獎。

顏河教授(中)及其科研團隊成員(左起)﹕蔣奎,李正珂,胡華偉,劉宇航,趙靖波及林浩然。

顏河教授(中)及其科研團隊成員(左起)﹕蔣奎,李正珂,胡華偉,劉宇航,趙靖波及林浩然。

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