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在室内也可以发电的太阳能登场,转换效率更高达 26%

在室内也可以发电的太阳能登场,转换效率更高达 26%

通常人们对太阳能板的印象不外乎是:需要在阳光普照的地方才能发挥功用,移到室内或是到了夜晚、雨天就可说是毫无作为,但现在中国与瑞典科学家研发的有机太阳能电池,不仅能在客厅、办公室、图书馆等室内发电,转换效率还高达 26%。

太阳能板让我们的生活实现电力自给自足,而人们同时也希望这项发电来源能助物联网一臂之力,若是能用在各种感测器或是微小设备上,或许就不用再担心电池没电,以及更换电池成本问题。

只不过以目前大宗技术来说,太阳能板只能在阳光下「发光发热」,对此,瑞典林雪坪大学(Linköping University)与中国北京研究员携手合作,决定要研发个不同于过去、在室内也可以发电的太阳能电池。

在研发室内太阳能之前,得先想一下户外与室内的环境、光谱等的差异,像是室内可见光波长 380 奈米到 780 奈米之间,因此硅晶太阳能板移到室内后,转换效率表现往往不佳,最后才能藉由分析材料的外部量子效率,来寻找最适合的太阳能材料。

其中他们认为有机太阳能是最佳首选,这类太阳能的主动层是把电子施体(donor)与电子受体(acceptor)两种有机材料均匀混合而成,有多种排列组合与可能性,能针对不同的光谱进行调整。

根据团队在《Nature Energy》发表的研究,他们把非富勒烯受体(non-fullerene acceptors,NFAs,也有人简称 IDIC)IO-4Cl 与聚合物 PBDB-TF 相互混合,打造出与室内光源「契合」的主动层,能吸收客厅、图书馆与超市等的光线。

非富勒烯受体材料可说是有机太阳能光电转换效率突飞猛进的功臣之一,它让有机太阳能电池有望与硅晶太阳能电池一较高下,除了减少近 50% 电荷分离造成的能量损失,与此同时转换效率也因此突破至 14% 以上。

团队目前已研发出两种电池尺寸,其中一个面积约为 1 平方公分,暴露在 1,000 照度(跟办公室差不多,烈日大约 10 万照度)下,开路电压为 1.01 伏特时,转换效率高达 26.1%,已高于市场常见的硅晶太阳能电池;另一个电池则较大,约 4 平方公分,转换效率表现也不俗,达 23%。

未来团队则还会进一步最佳化有机太阳能电池,盼望能快速抵达商业化门槛,在未来的某一天帮手机充电,或是供电给智慧家电和感测器。

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