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【中玻網(wǎng)】日本理化學(xué)研究所(理研)5月26日宣布,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了10%。
這是日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進(jìn)事業(yè)的一個(gè)項(xiàng)目,是與北陸先端科學(xué)技術(shù)研究生院大學(xué)和高亮度光科學(xué)研究中心共同研究的成果。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池因是在塑料和金屬薄基板上,涂布半導(dǎo)體聚合物(高分子)形成的,不但柔軟、輕量、可彎曲,還有容易降低制造成本、對(duì)尺寸的制約少等優(yōu)點(diǎn)。
而目前百萬(wàn)光伏電站等廣泛使用的結(jié)晶硅型太陽(yáng)能電池,采用的是在玻璃基板上粘貼薄型結(jié)晶硅半導(dǎo)體的構(gòu)造,存在硬而且重、設(shè)置場(chǎng)所受限以及尺寸缺乏靈活性等課題。
不過(guò),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系薄膜太陽(yáng)能電池的能源轉(zhuǎn)換效率只有結(jié)晶硅型太陽(yáng)能電池的一半左右,是阻礙實(shí)用化的課題。目前的轉(zhuǎn)換效率目標(biāo)值為10%,此次理研等的研究小組實(shí)現(xiàn)了這一數(shù)值。
為了使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)10%,對(duì)半導(dǎo)體聚合物及形成的發(fā)電層和元件的構(gòu)造作了改進(jìn)。
加厚了由輸送正電荷(空穴)的半導(dǎo)體聚合物與輸送負(fù)電荷(電子)的富勒烯衍生物混合形成的發(fā)電層。厚度由原來(lái)的約150nm增至2倍的300nm(n:1nm=1/10億m),使電流密度加大,由此轉(zhuǎn)換效率由原來(lái)的約6%提高至8.5%。
并且,通過(guò)采用元件陽(yáng)較和陰較對(duì)換配置的“逆構(gòu)造元件”,將轉(zhuǎn)換效率提高到了10%。
太陽(yáng)能電池若發(fā)電層的厚度增加,光的吸收量會(huì)增加,電荷的生成量也隨之增加。不過(guò),半導(dǎo)體聚合物與硅等相比,空穴遷移率較低,因此空穴在到達(dá)電較之前就會(huì)與電子重新結(jié)合,很難形成電流,所以轉(zhuǎn)換效率較低。
所以,此次采用了結(jié)晶性高空穴遷移率也高,即使加厚發(fā)電層,空穴也能到達(dá)電較的半導(dǎo)體聚合物,使問(wèn)題得以改善。
用大型同步輻射設(shè)施“SPring-8”分析此次的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)電層的構(gòu)造時(shí)發(fā)現(xiàn),在元件的上部電較和下部電較附近,半導(dǎo)體聚合物的分子配向不同,電荷的易流動(dòng)性在元件上下方向也不同。
另外,此次的元件為了使由光吸收產(chǎn)生的電荷容易流動(dòng),配置了陽(yáng)較和陰較,也為轉(zhuǎn)換效率的提高做出了貢獻(xiàn)。
今后,為實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的目標(biāo)值——15%的轉(zhuǎn)換效率,將研究開(kāi)發(fā)材料和元件的構(gòu)造。
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