由美國北卡羅萊納州立大學(North Carolina State University)和中國科學院(Chinese Academy of Sciences)聯手組成的研究團隊,開發出一種以半印刷式塑料製造的高效率太陽能電池。這種製造方式無需使用對環境有害的鹵素溶劑,而是採用一種對人體無毒無害的常見食品調味料——鄰-甲基苯甲醚(o-MA)。

主導這項研究的北卡羅萊納州立大學物理系博士後研究員Long Ye指出,塑料太陽能電池——或稱有機太陽能電池,較目前更經常製造與使用的矽基太陽能電池具有更多的優點。相關研究細節已刊載於《化學材料》( Chemistry Materials)中。

「這些塑料太陽能電池可以做得更環保、更豐富多彩、更靈活,而且成本也更低,」同時,他進一步:「他們也極其相容於工業規模的製造中,」一部份的原因在於他們能在開放的環境下以室溫進行製造,

20161006 Solar NT03P1 圖中顯示半印刷式塑料太陽能電池的化學結構。北卡羅萊納州立大學和中國科學院的研究人員採用常見的化學添加劑——o-MA,取代常用的鹵素溶劑,這種鹵素溶劑通常具有毒性且對環境有害。 (來源:Long Ye, North Carolina State University)

長久以來,在太陽能電池的製造過程中使用含鹵素的溶劑,一直是實現大規模商用化的障礙之一。然而,在製造過程中使用這些溶劑才能確保太陽能電池的形態或結構,盡可能使其達到最高能效。此外,使用這種有害的化學物質也需要在一個受控制的環境下進行,徒增生產成本。

研究人員們一開始開發太陽能電池時也用了有毒的溶劑,後來才決定使用O-MA使其生產過程更安全且更環保。

Ye說:「我們必須保護我們的健康和環境,因此想出了使用食品添加劑作為溶劑的想法。」

研究小組利用軟性X射線技術來研究太陽能電池的形態,他們發現採用o-MA的太陽能電池也表現出與鹵素溶劑生產的太陽能電池類似的形態、晶體特性以及元件性能。而且這種o-MA十分易於取得,不但無毒,而具有普通塑料太陽能電池材料「優越」的溶解性能。

使用o-MA的另一個優點是,它讓研究人員可以用刮刀塗佈法或在室溫下生產太陽能電池。刮刀塗佈是一種使用玻璃刮刀將太陽能電池薄膜的薄層塗佈在剛性或軟性基板的過程,而且這一製程還相容於大規模的商用製造。

在進行測試時,電池的性能約可實現8.4%的效能,稍低於常用的太陽能電池。Ye說,研究人員計劃使用更具效率的材料持續進行開發,使其於大規模生產時達到超過10%轉換效率的目標。

「從我們最近的測試結果來看,我們有信心可以在為裝置進行最佳化後,讓類似的光電材料達到類似的性能。