用于聚合物太阳能电池的材料可以适用于大面积加工吗？
来源：宝鄂实业
2019-03-06 11:32
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对于他们在实验室中展示的所有承诺，聚合物太阳能电池仍然需要像印刷报纸中那样“卷起来”，以便可以连续且经济地制造大片可接受的高效光伏器件。聚合物太阳能电池以多种方式提供优于传统硅基对应物的优势，包括更低的成本，更小的碳足迹和更多种用途。
由美国国家标准与技术研究院（NIST）领导的一个国际小组报告的新研究结果表明，大规模生产聚合物太阳能电池的“最佳点” - 几十年来的诱人前景 - 可能远远超过传统的规定。智慧。在使用大批量卷对卷加工方法模型的实验中，研究人员生产的聚合物基太阳能电池的“功率转换效率”优于9.5％，仅略低于最低商业目标10％，这几乎与实验室中使用旋涂的小批量设备一样好，这种方法在实验室中生产高质量的薄膜，但在商业上是不切实际的，因为它浪费了高达90％的初始油墨。
研究人员有些惊讶，他们的批量生产版本显示出分子堆积和纹理，与实验室制造的品种略有相似，最好将大约11％的入射阳光转换成电能，经验法则'是高容量聚合物太阳能电池看起来应该像纳米级的结构，组织和形状一样在实验室制造，”负责功能的NIST物理学家Lee Richter说。聚合物。“我们的实验表明，这些要求比假设要灵活得多，允许更大的结构变化，而不会显着降低转换效率。
“高效的卷对卷制造是实现低成本，大批量生产的关键，这将使光伏发电能够扩展到全球能源生产的很大一部分，”香港科技大学的合作者何燕解释说。技术，该团队试验了一种由氟化聚合物和富勒烯（也称为“巴基球”）组成的涂层材料。采用技术名称PffBT4T-20D，该聚合物对于规模化生产具有吸引力 - 实现了超过11％的功率转换效率。重要的是，它可以以相对厚的层施加 - 有利于卷对卷加工。
然而，最佳性能的太阳能电池是采用小批量工艺的旋涂法生产的。在旋涂中，将流体分配到盘或其他基底的中心上，该盘旋转以使材料扩散直至达到所需的涂层厚度。除了产生大量废物外，该过程是零碎的 - 而不是连续的 - 并且基板尺寸是有限的，因此研究小组选择测试商业上相关的涂层方法，特别是因为PffBT4T-20OD可以应用于250纳米或更大的相对厚的层，或大致大的病毒大小。他们从刀片涂层开始 - 类似于在经过处理的玻璃基板上方的一部分头发宽度处保持刀刃，将PffBT4T-20D涂在基板上。
一系列基于X射线的测量显示，施加和干燥PffBT4T-20D的温度显着影响所得涂层的材料结构 - 尤其是形成的晶体的取向，间隔和分布，在90摄氏度（194华氏度）下刮刀涂布的基材性能最高，功率转换效率高达9.5％。令人惊讶的是，在纳米级别，最终产品与实验室制造的旋涂“冠军”设备明显不同。在刮刀涂布和旋涂期间的详细实时测量显示，在旋涂期间的快速冷却与刮刀涂布期间的恒定温度之间产生不同的结构。
“实时测量对于发展对成膜动力学和最终优化的正确理解至关重要，”沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学的合作者Aram Amassian说，在结果的鼓舞下，该团队对柔性塑料板表面形成的PffBT4T-20D涂层进行了初步测量。涂层涂在NIST的槽模辊对辊涂布生产线上，直接模仿大规模生产。测量结果证实，在相同温度下加工时，用刮刀涂层制成的材料结构和用槽模涂层制成的材料结构几乎相同。
“很明显，所使用的加工方法类型会影响最终涂层中畴的形状及其尺寸分布，但这些截然不同的形态不一定会破坏性能，”北卡罗来纳州立大学的合作者Harald Ade说。“我们认为这些发现为设计针对卷对卷加工优化的聚合物太阳能电池提供了重要线索。”
