Nature:2万年模拟使用寿命,这个电池不简单!
纳米人 纳米人 2019-09-10

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第一作者:Quinn Burlingame

通讯作者:Stephen R. Forrest

通讯单位:University of Michigan

 

长期以来,有机光伏电池的效率正在逐步接近商业标准,尤其是在利用其柔性和半透明性的独特潜力的相关应用中。然而,有机太阳能电池的稳定性的提高仍然面临着巨大的挑战,即便是迄今为止报道的最稳定的有机太阳能器件也只维持了几年的稳定性。

 

研究人员发现,采用弱键合作用有机材料构筑的太阳能电池器件其固有的缺点就是工作寿命短。尽管在过去的这些年里有机发光器件得到了快速发展和广泛接受,且其循环寿命高达几百万小时,但是质疑其稳定性的观点仍然存在。

 

有鉴于此,美国密歇根大学的Forrest团队报道了一类超稳定的热蒸发单结DBP:C70有机光伏电池,TPBi:C70作为正极缓冲层,其稳定性超乎你的想象。

 

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图1. 器件结构、分子结构和老化测试数据

 

为了加速其老化过程,研究人员将包装好的电池单体暴露在高达37个模拟太阳白光照射下。在暴露超过68天之后,这些电池的效率保持在初始效率的87%以上。电池的降解速率随光照强度强度呈超线性增加,研究人员据此外推得到其固有寿命t80超过4.9×107小时。其中,t80是功率转换效率降低至其初始值80%所需的时间,这相当于27000年的户外工作时间。

 

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图2. 活化层材料的稳定性评估

 

此外,研究人员将第二组有机光伏电池置于20个模拟太阳光的紫外线照射(中心波长为365纳米)下长达848小时,该剂量需要1.7×104小时(9.3年)才能在室外累积。该试验期间未观察到明显的效率损失。

 

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图2. 老化加速因子和寿命评估

 

总之,这项工作发现在惰性气氛中封装的有机太阳能电池是非常稳定的,这使得它们作为一种实用的能源发电技术的应用前景大有可为。当然,所谓的27000年和9.3年都是模拟太阳光得出的估算数据,实际场景下并非如此,但是足以证明其威力无穷!

 

参考文献:

QuinnBurlingame, Stephen R. Forrest et al, Intrinsically stable organic solar cellsunder high-intensity illumination, Nature, 2019

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1544-1

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