Advanced Science News:WILEY · 争鸣 | 有机光伏 7.0

ASN/MVC 的广大读者朋友们:大家好!
我们ASN/MVC团队已于2021年5月31日隆重推出一个新的专栏:WILEY · 争鸣。今天,我们将持续更新第一期第七部分内容,并借此机会再次重申创办这一专栏的初衷:之所以开设这个专栏, 是因为我们WILEY编辑团队平时在跟作者/读者交流的过程中发现,很多研究学者们,尤其是青年科学家,博士后,以及学生群体们常常会向我们提问”什么是某某领域待解决的关键问题“,”如何看待某某领域的未来前进方向?”等等。这些问题不仅困惑着作者,也一直困惑着我们期刊编辑:什么主题的文章才是领域内的读者们更感兴趣的?我们该从期刊出版的角度做些什么来助力学科的发展?近年来,随着新型材料领域的飞速发展(储能,光电,催化,生物医学等),科研成果百家争鸣。在这样的背景下,我们想尽自己的微薄之力,邀请一些领域内的专家学者们针对所在领域的”关键问题”发表看法和评论,希望能够在一定程度上引导读者们共同探讨针对这些问题的解决方案,进而促进该领域的发展。我们选取了“有机光伏“作为第一期的主题。近年来,非富勒烯受体材料的发展使得有机太阳能电池的光电转换效率节节攀升,更为重要的是,是中国学者在引领着有机光伏领域的发展。很荣幸的是,截至目前,已经有近20位有机光伏研究领域的资深专家和青年学者们积极地参与了我们的话题讨论。我们万分感谢大家对我们栏目的大力支持,也希望借助我们ASN的平台和各位专家学者共同努力来助力有机光伏领域的发展,力争取得更大的突破。我们将在工作日每天持续更新2 – 4 位专家学者的观点(按姓氏首字母排序),并在最后一天对该期的所有内容进行归纳总结。期待大家的评论,转发和持续关注。你们的关注就是我们努力的动力!再次感谢,祝各位读者健康快乐!                                                                                               

ASN/MVC公众号 & WILEY编辑团队

WILEY

占肖卫

教授,北京大学

有机光伏领域的关键科学与技术问题:

(1)提升光伏效率,实现小面积单结电池20%以上,叠层电池25%以上,200 cm2大面积模组15%以上。

(2)降低材料成本和器件加工成本,使发电成本低于晶硅电池甚至火力发电。

(3)提高器件稳定性,大面积模组使用寿命10年以上。

(4)拓展特色应用领域,体现与其他光伏技术竞争的不可替代性。

我最感兴趣的具体科学问题:

(1)低成本、高性能、强近红外吸收的稠环电子受体材料。

(2)低成本、高性能、强近红外吸收、批次可重复的聚合物给体材料。

(3)激子束缚能、激子解离驱动势和能量损失机制。

(4)绿色溶剂加工、柔性、大面积、半透明器件及在智能窗和柔性电子领域的应用方式是否能够满足未来应用的需求,直接影响着有机光伏整个应用前景。

周印华

教授,华中科技大学
目前有机光伏电池的效率达到18%左右,这大大增强了人们将其产业应用的信心。从小面积(约0.1平方厘米)到大面积(100平方厘米,甚至到平方米级)这个阶段仍存在重要关键问题待解决。有机半导体光活性层,由于激子扩散长度、束缚能及载流子迁移率的限制,目前高效率有机光伏器件中优化的活性层的厚度常为100纳米(少许材料可达300纳米左右);对比目前已经实现产业应用的晶体硅电池和碲化镉电池,活性层厚度分别为200微米左右(晶体硅电池)和1-5微米(碲化镉电池)。超薄薄膜内部所受应力小,在机械柔性方面具有优势,但超薄有机活性层在大面积化过程中也面临重要挑战,包括:

(1)在大面积下难以实现纳米厚薄膜的均匀涂布。

(2)超薄薄膜对电极/衬底表面平整度要求极高,容易发生上下电极接触导致的漏电和短路问题。要发挥有机光伏电池的轻质、柔性的特点,需要在高质量的柔性电极/衬底上制备电池,柔性电极也是目前的短板,透过率、方阻、表面粗糙度三者难以同时满足高效柔性有机光伏模组的要求。要解决这些问题,一方面要开发高效率的厚膜活性层材料(500纳米或更厚),且效率对厚度敏感性不高,需要从材料的迁移率、堆积结构等内在因素方面进行考虑,将大大提升薄膜对缺陷的容忍度,提升大面积器件及模组的良率;另一方面,开发高性能的柔性电极及衬底,期望的柔性电极性能参数:透过率>85%,方阻1欧姆左右,表面粗糙度均方根值小于1纳米,对于实现高效率、高良率柔性大面积有机光伏模组至关重要。