双碳研究 | 有机太阳能电池如何助力未来？

有机太阳能电池如何助力未来？

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几十年来，太阳能一直作为可再生能源的支柱，已完美地融入了我们的日常生活，为我们提供了可持续的电力来源。在此背景下，有机太阳能电池为可再生能源技术变革带来了希望。有机太阳能电池主要利用太阳光发电，是可再生能源领域的理想基石。

接下来，让我们一起深入了解有机太阳能电池。

什么是有机太阳能电池？

有机太阳能电池又称为有机光伏电池（OPV）或塑料太阳能电池，是一种利用有机材料将太阳能转化为电能的太阳能电池技术。这种电池耐用性强、高效且成本效益高。

这些有机电池通常由厚度小于100纳米的有机半导体材料薄膜制成，因此重量极轻、柔韧性强且不易破损。这让它们可广泛用于各个领域，并有助于实现良好的生态平衡。Extrapolate公司的最新报告指出，到2030年，全球有机太阳能电池市场的价值或将达到1.061亿美元。这一统计数字也揭示了该行业有了显著的增长。

有机太阳能电池如何工作？

有机光伏电池利用有机电子器件，通过光伏效应将太阳光转化为电能。这些电池使用的有机材料可在溶液中进行高产能加工。有机太阳能电池中使用的分子光学吸收系数很高，用少量材料即可吸收大量光线。

其工作原理是在光吸收后产生激子，并通过分子工程（如改变聚合物的长度和官能团）实现电子可协调性。尽管有机光伏电池具有诸多优点，但其利用效率仅为11%。这些有机电池具有潜在的成本效益，由于其经济实用性，更适合大规模发电。

有机太阳能电池有何优点？

与传统太阳能电池相比，有机光伏太阳能电池具有广泛优势。下面重点介绍其中一些主要优点：

01

小巧轻薄

有机电池重量轻，厚度约为硅太阳能电池的千分之一，因此可大大节省材料，提高成本效益。

02

环保

有机光伏电池由碳基材料制成，制造过程成本低，因此非常环保，有助于实现可持续能源发展。

03

灵活性和美观性

有机太阳能电池的机械柔性和吸收可调性极强，因此可应用于柔性基板，因此可广泛应用。

04

大面积覆盖和强大的吸收能力

有机电池有极强的吸光能力，可利用面积更大。与其他太阳能电池相比，有机太阳能电池能够利用更多的太阳光，从而高效地捕捉太阳能。

05

低成本

有机太阳能电池构件丰富，具有可溶性有机分子，因此制造成本低，具有潜在的成本效益，为太阳能技术的无限可能性奠定了基础。

06

可用于可再生能源发电

有机光伏太阳能电池在有机太阳能电池板的发展中起着举足轻重的作用，为可再生能源发电提供了一系列独特的优势和机会。

有机太阳能电池的创新进展

有机光伏领域的最新进展和研究揭示了大量创新成果。以下是在这一特殊领域取得的重大突破。

1. 自修复有机太阳能电池

理化学研究所可持续资源科学中心（CSRS）的一个研究小组开发出一种自修复材料，这种材料在吸收光线时会发出高荧光。这为创造自修复有机太阳能电池提供了方向。研究小组利用稀土金属催化剂共聚了异丙烯和乙烯，从而得到了一种具有显著自修复特性的二元共聚物。这种自修复荧光材料可用于有机发光二极管、有机发光二极管和有机光伏太阳能电池。预计该种材料的使用寿命更长，可靠性更高。

2. 木材有机太阳能电池

林雪平大学（Linköping University）和瑞典皇家理工学院（KTH）的研究人员利用从木浆中提取的牛皮纸木质素开发出了一种有机光伏电池。在造纸过程中直接从木材中提取出木质素，从而连接到阴极的电子传输层。该研究的长期目标是制造出几乎完全由木质素构成的太阳能电池。目前，大多数有机太阳能电池都是在室内使用，可在一些低功率设备中取代电池。未来，计划扩大这些有机电池的使用范围，以提供纯能源。值得注意的是，这种有机光伏电池可提供无害、可持续和廉价的能源。

3. 改变形状，提高性能

土耳其阿卜杜拉·居尔大学的Dooyoung Hah 教授对有机光伏电池进行的一项研究发现，外壳的形状对效率有显著影响。与平面结构相比，这种结构的吸收率分别提高了66%和36%，与半圆柱形外壳结构相比，该结构的吸收率分别提高了13%和21%。通过活性层改善的光耦合和引导使其适用于可穿戴电子应用。这项研究有助于推动有机光伏电池技术的发展，突出了优化设计和结构以提高利用效率。

简而言之，有机太阳能电池是一种革命性的太阳能发电方法，与传统的硅基太阳能电池相比具有诸多优势。有机太阳能电池小巧轻薄、半透明，且效率高、灵活性强、绿色环保，还有较高的成本效益，诸多优势让其成为可再生能源领域广阔前景的竞争者。它们具有广泛的应用潜力，从便携式电子产品到建筑一体化光伏技术都适用。

有机电池可有效捕捉阳光，有望改变太阳能技术的面貌。随着该领域研发活动不断推进，有机光伏太阳能电池有望在向可持续高效能源生产转型的过程中发挥重要作用。

编译：杨思懿（新能源部）

审校：刘璇（新能源部）

编辑：杨思懿（新能源部）

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