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太陽能作為一種清潔、可再生的能源而備受關注。日本金澤大學和加拿大金斯頓女王大學等機構合作研發出一種全有機太陽能電池，不含有害金屬或金屬氧化物，光電轉換效率達8.7%，較此前研究有大幅提升。 金澤大學日前發布新聞公報介紹說，當前廣泛使用的硅基太陽能電池板因含有害金屬，廢棄后處理成本較高。全有機太陽能電池是全部由有機材料制成、不含有害金屬的太陽能電池，可大幅降低環境成本，被認為是能源領域有潛力的技術方向。但全有機太陽能電池尚處于研究階段，目前光電轉換效率最高僅能達到約4%，遠低于硅基太陽能電池（效率可達27%）和鈣鈦礦太陽能電池（效率可達26%）。此次，金澤大學領銜的研究團隊，將全有機太陽能電池光電轉換效率大幅提升至8.7%，標志著全有機太陽能電池向實用化邁進一大步。 全有機太陽能電池效率低下主要有兩方面原因。一是目前制備高導電性有機電極材料需要添加強酸或堿基，并用150攝氏度以上的高溫處理，易損傷電池的有機基板；二是在制造多層膜構成的太陽能電池器件過程中，很難做到逐層堆疊薄膜時不損傷下層結構，尤其采用溶液工藝時，在形成上層過程中存在下層溶解或薄膜均勻性受損等風險。
研究團隊通過開發新電極材料和使用新制作工藝克服上述難題。首先，團隊以導電高分子聚合物PEDOT：PSS為基礎，研發出一種新型透明電極材料。這種材料表現出作為太陽能電池電極足夠的導電性，它在80攝氏度溫度條件下就能制備，并且不需使用酸和堿基。團隊還開發出“碳納米管電極層壓法”，先單獨制成電極再貼到器件上，避免了傳統溶液工藝損傷下層有機薄膜的風險。 相關成果已發表在美國《先進功能材料》雜志上。公報說，團隊計劃在后續研究中進一步提升有機電極的導電性和電池的光電轉換效率，同時致力于研發更低成本的材料與制造工藝。如能實現新型全有機太陽能電池的低成本化，這種應用場景廣泛、易于回收的太陽能電池將有望普及。  |
