幾何光捕獲是極大提高太陽(yáng)能電池光吸收和效率的一個(gè)簡(jiǎn)單和有希望的策略。盡管如此，在有機(jī)光伏(OPV)實(shí)施幾何光捕獲仍是極具挑戰(zhàn)性的，這是由于均勻的有機(jī)活性層很少能沉積在織構(gòu)基底。
香港科技大學(xué)(HKUST)的范志勇教授和他的團(tuán)隊(duì)報(bào)道了低成本鋁箔制造新的納米球聚光器，并旨在解決這個(gè)問(wèn)題。他們已經(jīng)成功地制造了基于這種聚光器的OPV設(shè)備，并證明其電轉(zhuǎn)換效率比沒(méi)有納米球的設(shè)備提高了28%。這項(xiàng)工作發(fā)表在SCIENCE BULLETIN. 2015 Vol. 1。
納米球聚光器的電子顯微鏡和光學(xué)模擬圖像。
太陽(yáng)能是最有前途的可再生能源之一，并且是清潔的能源，最終在未來(lái)替代化石燃料。在過(guò)去的幾十年里，已投入巨大的努力以開發(fā)對(duì)化石燃料有競(jìng)爭(zhēng)力的有效和成本效益的光伏設(shè)備。有機(jī)光伏(OPV)已被視為有希望進(jìn)行大規(guī)模、低成本和高效收集太陽(yáng)能的候選者之一。典型的OPV設(shè)備在玻璃基底上制造，并使用銦摻雜的錫氧化物作為電極。然而，這樣的基底并不靈活，并且ITO電極相對(duì)高的電阻會(huì)變?nèi)鮋PV器件的性能。相比之下，鋁箔基底具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、靈活性、成本效益和滾動(dòng)加工性的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，納米紋理基底的光捕獲是改善太陽(yáng)能電池效率的一個(gè)有吸引力的策略。然而，目前OPV這樣的應(yīng)用尚未被成功地證明。這是由于OPV設(shè)備活性層對(duì)均勻厚度有更嚴(yán)格的要求，并且這種一致性在現(xiàn)存的涂覆技術(shù)納米紋理上很難保證。
由范志勇教授開發(fā)的新穎納米球聚光器可以很大程度地提高有機(jī)太陽(yáng)能電池和光學(xué)模擬活性層的光吸收，這種改善是由納米球優(yōu)異的光捕獲能力貢獻(xiàn)的。此外，他們已經(jīng)研究太陽(yáng)能電池納米球的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響，并研究了1000nm，1200nm和1500nm三種納米球類型�；�1000nm納米球的太陽(yáng)能電池在光活性層有最好的光子吸收，在納米球基底產(chǎn)生最高的短路電流密度-約9.41mAcm-2。0.573 V的開路電壓和57.9%的填充因子，這種納米球太陽(yáng)電池取得3.12%的太陽(yáng)能能量轉(zhuǎn)換效率，這比沒(méi)有納米球的設(shè)備改善了28%以上的效率。這項(xiàng)工作不僅揭示了對(duì)納米球聚光器光捕獲的深入了解，還證明了在低成本、可加工OPV解決方案實(shí)施幾何光捕獲的可行性。
新的納米球聚光器的發(fā)展和在OPV的應(yīng)用是香港科技大學(xué)化學(xué)系教授合作的成就，這些教授包括Yang Shihe教授和He(Henry) Yan教授，他們致力于有機(jī)光伏的尖端研究。該研究項(xiàng)目由香港研究資助局和香港創(chuàng)新科技署的綜合研究基金支持。
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