新能源周報新年特刊：有機光伏電池新記錄

2016農歷新年剛剛結束不久，材料牛的編輯小伙伴們為大家送上新能源周報新年特刊，邀您一覽。

1、科學家首用石墨烯材料3D打印超級電容

美國的研究團隊首次使用超輕的石墨烯凝膠3D打印出超級電容，從而為產品設計師更加自由、不受設計限制地將高效能源存儲系統用于智能手機、可穿戴設備、可植入設備、電動汽車和無線傳感器打開了大門。

該研究團隊使用了一種被稱為直接油墨書寫（direct-ink writing）的3D打印工藝和該實驗室自己設計的氧化石墨烯復合油墨來打印微結構，制造出可以儲存能量的超級電容，比當前使用電極制造的同類電容薄10至100倍。而且，這種超級電容器的充電速度也非常快，理論上只需幾分鐘或者幾秒鐘即可充滿電量。

該成果已發表在Nano Letters上。

2、提高硅太陽能電池轉換率新方法

單粒鑄法生產高質量的單晶硅太陽能電池具有低成本、高效率的優點。研究者們已經開發出了一種新的硅鑄造方法，使硅的晶體質量的顯著改善，預計將提高硅太陽能電池的效率。

硅太陽能電池的轉換效率，是商業光伏主流——現在利用單晶硅將要達到20%。提高轉換效率是近年增加太陽能電池價值的目標。然而，采用常規鑄造多晶硅，不可能達到如此高的效率。此外，由于半導體級硅單晶太昂貴，作為多晶硅和單晶半導體硅材料的代替，“第三”型硅發展需求廣。為解決這個問題，研究人員成功地開發出單粒鑄法，生產出高質量、低雜質的單晶硅。

新方法包括在坩堝內溶解硅和生長的單晶硅，通過使用新的方法，產生了轉換效率為18.7%的晶體太陽能電池。在未來，隨著晶體缺陷和雜質的進一步降低， 單粒鑄法生產的硅太陽能電池的效率將進一步提高。

3、有機光伏電池新記錄

Heliatek研發團隊使用有機光伏電池，使OPV多結電池轉換效率高達13.2%，創造了光直接轉換電能效率的新的世界紀錄。

這項新的研究結果表明，世界領先技術地位的Heliatek在不斷進步。在過去的10年里，效率從3%到超過13%。它也支持Heliatek的路線圖，向15%效率的有機太陽能電池發展。結果也進一步驗證了Heliatek利用小分子在塑料薄膜上真空沉積的獨特技術方法具有可行性。

Heliatek首席技術員Martin Pfeiffer博士認為，這一成功是基于新的有機吸收材料研究，通過開發新的吸收劑分子和優化器件結構，將為大批量生產線提供基準。

4、鈣鈦礦與量子點共同點亮LED和太陽能技術

近期，瓦倫西亞的研究人員已經研究了鈣鈦礦鹵化物和量子點這兩種材料的相互作用，并展示了先進的發光二極管和高效的太陽能電池的巨大潛力。

來自UJI大學和UV大學的研究員已經量化了由鈣鈦礦鹵化物和膠體量子點耦合產生的“激基復合物狀態”。 鈣鈦礦材料生產廉價，制造簡單，效率很高，具備了制造更高效太陽能電池的潛力。而量子點是發光的半導體材料，在發光二極管和太陽能電池中非常有用。當結合這兩種已知光電性能的材料時，將在LED和太陽能技術上產生重要的改變。

相關研究成果發表在Science Advances上。

5、美科學家發明可用于太陽能電池的玻璃-石墨烯材料

美國一聯合研究團隊設計出玻璃-石墨烯復合材料，可以應用在包括太陽能電池在內的微型電子設備以及光電子設備領域。

該研究團隊發現可以利用鈉鈣玻璃作為基底，在上面生長石墨烯。鈉鈣玻璃中的鈉可以為石墨烯提供電子通道，這一點對于石墨烯的應用是十分重要的。研究人員表示，盡管目前他們已經掌握了基本的概念，他們仍要繼續進行深入的研究，重點研究如何控制摻雜的深度以及空間分布。

這一研究成果發表在Scientific Reports上。

6、多孔石墨烯助力鋰硫電池

最近，來自中國、由清華大學張強教授帶領的一個研究小組，通過化學氣相沉積（CVD）法在氧化鈣模板上開發出一種新型多孔石墨烯類（HPG）材料，可用于大功率鋰硫電池。這項工作已經在Advanced Functional Materials上發表。

由于對可持續能源系統和便攜式儲能設備的迫切需求，Li-S電池已被列為下一代能源存儲設備的最有前途的替代方案，然而在實際應用中，還存在硫和硫化鋰內在絕緣的這個艱巨的挑戰。

研究人員一直在尋求使用鋰陰極支架來發展層次結構和可調納米碳材料表面，從而能有效的解決這些問題。多孔材料具有許多不同的性質和作用，因此對于鋰硫電池性能的改善是很重要的。然而，這個過程十分復雜，研究人員首次提出了分層多孔氧化鈣顆粒作為有效催化模板，用于制備石墨烯的簡便化學氣相沉積法。基于這樣的方法，他們獲得了一種層次豐富的微米平面空位的石墨烯多孔結構，可以作為增強硫鋰電池陰極的良好載體。

7、強強聯手打造下代硅太陽能電池

近日，納電子研究中心IMEC和全球能源公司宣布他們已經擴大了關于顯著提高光伏電池輸出能量的合作。IMEC的下一代晶體硅太陽能電池的產業聯系程序（IIAP）是一個多伙伴研發計劃，致力于進一步提高硅太陽能電池和組件的轉換效率，同時降低工業生產成本。

IMEC的IIAP將太陽能電池制造企業連在一起。未來的研發將突破以往的合作并建立新的研究，如22.5%大面積雙面接觸的n型PERT太陽能電池。IMEC將繼續以先進的電池結構為發展方向，以新的低成本模塊互連為概念，以智能模塊和技術來更準確地進行預測。合作伙伴的目的是顯著地增加光伏電池板的能量輸出效率，以這種方式進一步降低太陽能發電成本。

8、復合新材料簡化太陽能電池

一國際研究小組近期已通過將新材料用到標準設計上，從而簡化了制造高效率硅太陽能電池的步驟。至此，一系列的太陽能電池已經應用在太陽能面板上以將太陽光轉化成電能。

杰姆斯布洛克說，“太陽能電池產業的驅動力是降低成本和提高性能。”而新的研究表明，一無摻雜劑的硅電池，平均效率在百分之19以上。這種提高效率的新材料僅有一個簡單的涂層工藝的頂部和底部的設備層。所以，在僅僅七步中創建太陽能電池是有可能的。

在這項研究中，研究小組利用的是一種熱蒸發沉積技術所制的氟化鋰和氧化鉬層新型太陽能電池。當然，還有許多其他的材料有望得到測試，以檢測他們是否能提高電池的效率。

9、有效提升聚合物中電子運輸速度的新方法

瑞典于默奧大學的研究人員近日宣布通過控制聚合物鏈和晶粒取向，就可以實現半導體聚合物的高效快速充電。

該研究小組由化學家和材料科學家組成，他們發現了一種新方法，在不使用任何化學通摻雜的情況下，可以形成化合物鏈的豎直排列，同時在聚合物骨架上產生電子的高速傳輸。通過這種方法，電子的運輸速度得到大幅提升，要比相同聚合物中的現有速度快將近1000倍。研究人員相信這一研究結果將改變聚合物太陽能電池以及有機發光二極管的應用前景。

由于聚合物半導體較低的電子輸送能力，聚合物設備要比非聚合物設備速度更慢，效率更低，而這一方法可將聚合物設備的電子輸送能力提高到和非聚合物設備相當的水平。這一研究結果發表在Advanced Materials上。論文鏈接：

10、樹葉也能做電池？！

馬里蘭大學的研究人員利用像樹葉作為原材料，制備出了性能優異、價格低廉的電池材料，有望替代石墨烯。

研究人員首先把橡樹葉放入1000攝氏度高溫中烘烤一小時，使樹葉碳化，隨后加入鈉。橡樹葉背面布滿細孔，原本用來吸收水分，研究人員正好用這些細孔吸收鈉電解質；樹葉的正面已經變成一層層納米結構的碳，可吸收攜帶電荷的鈉；整個過程正好形成鈉電池的正負兩極。

之前他們曾用木纖維等其他天然材料制作鈉電池，但發現樹葉的形狀和結構更適合，他們計劃下一步使用不同形狀的樹葉制作電池，希望找到最佳厚度、結構和彈性的電能存儲器。

本刊作者：楊文柱、彭文波、劉孫倩。

材料牛編輯整理。