新型塗覆技術：將進一步促進有機光伏電池的開發！

近日，日本大阪大學和金澤大學的研究人員組成的聯合研究小組，開發出一種塗覆鋅相關氧化物（ZnOx、ZnOHx）的新技術。這項技術將進一步促進有機光伏電池的開發。

背景

近年來，全球環境與能源問題日益加劇。作為一種清潔、環保、可再生、易獲取的新能源，光伏（PV）電池引起了社會各界的廣泛關注。

（圖片來源：維基百科）

光伏技術的核心，就是利用半導體材料將光轉化為電。其主要原理是：當太陽光照在半導體P-N結上，會形成新的空穴-電子對，在P-N結內建電場的作用下，空穴由N區流向P區，電子由P區流向N區，電路接通後就會形成電流。

（圖片來源：佛羅里達大學）

目前使用的光伏電池一般都是由無機材料（例如硅）製成。但是，硅光伏電池的成本較高，有待於進一步降低。此外，傳統的無機光伏電池是笨重、剛性且易碎的，不太便於運輸以及靈活的安裝使用。

令人欣喜的是，有機光伏（OPV）電池有望成為傳統無機光伏電池的新的替代品。有機光伏電池具有輕量、柔性、透明、成本低、便於生產製造等優勢。因此，有機光伏電池有望演變成為新一代的光伏電池。

（圖片來源：Richard Lunt / 密西根州立大學）

為了開發有機光伏電池，科學家們不僅正在積極研究吸收光線的有機半導體，而且也在研究有機光伏電池的緩衝層或者中間層材料（這些材料讓吸收光線能量所產生的電子和空穴分離，且將電子和空穴傳輸至各自的電極）以及有機光伏設備的設計。

其中有一項技術最受關注，就是通過旋塗法創造鋅相關氧化物（ZnOx、ZnOHx）超薄薄膜（陶瓷薄膜）的解決方案。

科學家正在積極開展以 ZnO 薄膜作為緩衝層的有機光伏電池的研究。在傳統的 ZnO 薄膜製造工藝中，高溫加熱或者替代能源輻照的燒結工藝是不可或缺的。

創新

近日，日本大阪大學和金澤大學的研究人員組成的聯合研究小組，開發出一種塗覆鋅相關氧化物（ZnOx、ZnOHx）的新技術。他們的研究成果發表於《Scientific Reports》期刊。

如圖所示：有機光伏太陽能電池以及電池結構的原理圖。在光照和黑暗條件下的電流密度/電壓相關的特性。

（圖片來源：大阪大學）

技術

這項技術採用有機金屬裂解（MOD）法，在環境溫度和壓力的條件下，無需加熱，簡單地通過溶液處理工藝來沉積薄膜。他們也論證了這種技術製造出的薄膜能夠作為有機光伏電池的緩衝層使用，並且薄膜的能量轉換效率（PCE）可以媲美包含燒結工藝的傳統方法製造出的 ZnO 薄膜。

論文作者之一的 Tohru Sugahara 表示：「我們成功地通過混合溶液塗覆的方法，生成納米尺寸的氧化物超薄薄膜。」

價值

超薄薄膜的厚度可以控制在5納米到100納米的範圍內。他們採用這種薄膜製造技術生產出的有機光伏電池，採用了約20納米厚度的超薄薄膜，達到了最高的能量轉換效率。有了這項技術，在 ZnO 薄膜的成形工藝中就無需加熱，這將顯著減少生產工序和成本。

關鍵字

有機、光伏電池、工藝

參考資料

【1】http://resou.osaka-u.ac.jp/en/research/2018/20180721_1

【2】http://dx.doi.org/10.1038/s41598-018-27953-6

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