近日，日本大阪大學(xué)和金澤大學(xué)的研究人員組成的聯(lián)合研究小組，開發(fā)出一種涂覆鋅相關(guān)氧化物（ZnOx、ZnOHx）的新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)將進(jìn)一步促進(jìn)有機(jī)光伏電池的開發(fā)。

      背景

 

      近年來，全球環(huán)境與能源問題日益加劇。作為一種清潔、環(huán)保、可再生、易獲取的新能源，光伏（PV）電池引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

 

 

（圖片來源：維基百科）

 
    光伏技術(shù)的核心，就是利用半導(dǎo)體材料將光轉(zhuǎn)化為電。其主要原理是：當(dāng)太陽光照在半導(dǎo)體P-N結(jié)上，會(huì)形成新的空穴-電子對(duì)，在P-N結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，空穴由N區(qū)流向P區(qū)，電子由P區(qū)流向N區(qū)，電路接通后就會(huì)形成電流。

 

 

（圖片來源：佛羅里達(dá)大學(xué)）

 
     目前使用的光伏電池一般都是由無機(jī)材料（例如硅）制成。但是，硅光伏電池的成本較高，有待于進(jìn)一步降低。此外，傳統(tǒng)的無機(jī)光伏電池是笨重、剛性且易碎的，不太便于運(yùn)輸以及靈活的安裝使用。

 

      令人欣喜的是，有機(jī)光伏（OPV）電池有望成為傳統(tǒng)無機(jī)光伏電池的新的替代品。有機(jī)光伏電池具有輕量、柔性、透明、成本低、便于生產(chǎn)制造等優(yōu)勢(shì)。因此，有機(jī)光伏電池有望演變成為新一代的光伏電池。

 

 （圖片來源：Richard Lunt / 密西根州立大學(xué)）

      為了開發(fā)有機(jī)光伏電池，科學(xué)家們不僅正在積極研究吸收光線的有機(jī)半導(dǎo)體，而且也在研究有機(jī)光伏電池的緩沖層或者中間層材料（這些材料讓吸收光線能量所產(chǎn)生的電子和空穴分離，且將電子和空穴傳輸至各自的電極）以及有機(jī)光伏設(shè)備的設(shè)計(jì)。

 

      其中有一項(xiàng)技術(shù)最受關(guān)注，就是通過旋涂法創(chuàng)造鋅相關(guān)氧化物（ZnOx、ZnOHx）超薄薄膜（陶瓷薄膜）的解決方案。

 

      科學(xué)家正在積極開展以 ZnO 薄膜作為緩沖層的有機(jī)光伏電池的研究。在傳統(tǒng)的 ZnO 薄膜制造工藝中，高溫加熱或者替代能源輻照的燒結(jié)工藝是不可或缺的。

 

      創(chuàng)新

 

      近日，日本大阪大學(xué)和金澤大學(xué)的研究人員組成的聯(lián)合研究小組，開發(fā)出一種涂覆鋅相關(guān)氧化物（ZnOx、ZnOHx）的新技術(shù)。他們的研究成果發(fā)表于《Scientific Reports》期刊。

 

      如圖所示：有機(jī)光伏太陽能電池以及電池結(jié)構(gòu)的原理圖。在光照和黑暗條件下的電流密度/電壓相關(guān)的特性。

 

 

（圖片來源：大阪大學(xué)）

      技術(shù)

 

      這項(xiàng)技術(shù)采用有機(jī)金屬裂解（MOD）法，在環(huán)境溫度和壓力的條件下，無需加熱，簡(jiǎn)單地通過溶液處理工藝來沉積薄膜。他們也論證了這種技術(shù)制造出的薄膜能夠作為有機(jī)光伏電池的緩沖層使用，并且薄膜的能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）可以媲美包含燒結(jié)工藝的傳統(tǒng)方法制造出的 ZnO 薄膜。

 

      論文作者之一的 Tohru Sugahara 表示：“我們成功地通過混合溶液涂覆的方法，生成納米尺寸的氧化物超薄薄膜。”

 

      價(jià)值

 

      超薄薄膜的厚度可以控制在5納米到100納米的范圍內(nèi)。他們采用這種薄膜制造技術(shù)生產(chǎn)出的有機(jī)光伏電池，采用了約20納米厚度的超薄薄膜，達(dá)到了最高的能量轉(zhuǎn)換效率。有了這項(xiàng)技術(shù)，在 ZnO 薄膜的成形工藝中就無需加熱，這將顯著減少生產(chǎn)工序和成本。