卷一卷，電池馬上就好

材料牛注：與成熟的無機硅晶太陽能電池相比，聚合物太陽能電池具有質量輕、成本低廉的特性，如果可以實現像印刷報紙一樣卷對卷的大規模連續化生產，將大大促進其應用范圍。

???????丹麥技術大學太陽能電池能源圖

相比傳統的硅太陽能電池，聚合物太陽能電池成本低廉、布線縝密、應用范圍廣，在實驗中展現出很多優異的性能。但是為保證片狀高效光伏器件連續，經濟地制造，仍需要將其像印刷報紙一樣卷著生產。

在丹麥技術大學有一個太陽能電池示范公園。由NIST領導的國際團隊最新研究成果（Morphology changes upon scaling a high-efficiency,?solution-processed solar cell）發表在《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）上，其結果表明生產聚合物太陽能電池前景十分廣闊。

在實驗中研究人員使用一種模擬高容量、輥對輥的生產方法，生產的聚合物太陽能電池能量轉換效率超過9.5%，稍遜于最低的商業目標10%。這幾乎是和小批量的自旋涂層設備一樣好，自旋涂層是一種在實驗室生產高品質薄膜，但在商業上不切實際的方法，因為它浪費了90%的油墨原料。有些令研究人員不解的是，當最佳光電轉換率為11%時，他們的量產產品表現為分子結構組裝，只是稍微與實驗室產品相似。

主攻功能高分子的NIST物理學家Lee Richter認為：高容量聚合物太陽能電池在實驗室制造結構與納米尺度上的組織形態相似性一直依靠“拇指規則”。

來自香港科技大學的He Yan說“我們的實驗表明，需求要比預想的更加靈活，在沒有顯著犧牲轉換效率前提下允許更大的結構性變化。高效的卷對卷制造方式是實現低成本、大批量生產的關鍵，將使光伏發電規模成為全球能源生產的一個重要部分。”

他們試驗了由氟聚合物和富勒烯組成的涂層材料（也被稱為“巴殼球”）。學名為PffBT4T-2OD的聚合物，具有規模化生產的優勢且已報道的能量轉換效率超過11%。更重要的是，它可以應用在較厚層的輥對輥制造中。然而，頂尖的太陽能電池是采用旋涂法小批量生產。在旋涂法中，液體被分配到一個磁盤或其他基板中心，通過旋轉擴散材料，直到達到所需的涂層厚度。除了產生大量廢物，該過程是漸進的而不是連續的，而且基板的尺寸受限制。因此研究團隊選擇測試相關商業涂層的方法，特別是PffBT4T-2OD，應用在約250納米的涂層，大約一個大病毒的大小。

他們開始用刮刀涂布，拿著刀刃在處理過的玻璃基板上劃過頭發寬度的一個片段，涂布PffBT4T-2OD到襯底上。一系列的X射線的測量顯示，?PffBT4T-2OD的干燥溫度，顯著影響所得涂層材料結構，特別是形成晶體的取向和間隔分布。

基板刀片涂層最高的運行溫度是90℃（194°F），功率轉換效率超過9.5%。但是令人驚訝的是，最終產品在納米級別與實驗室中的自旋涂層差別顯著。詳細的實時測量表明，旋轉涂層快速冷卻與刀片涂層的恒溫冷卻過程，兩者顯示不同的結構。

“實時測量是發展正確理解成膜動力學和最終優化的關鍵，”?Aram Amassian說，他是一名來自沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的合作者。受此啟發，研究團隊對一種柔軟的塑料板表面的PffBT4T-2OD涂層進行了初步測試。

該涂料適用于NIST的槽模輥對輥涂線，直接模仿大規模生產。測試證實，當在相同溫度處理時，槽模涂層的材料結構與刀片涂層的幾乎是相同的。

很明顯，處理方法的類型影響最終涂層的形狀及其大小分布，但這些不同的形態不見得明顯地破壞性能。同時，研究者認為這些發現為優化設計輥對輥加工的聚合物太陽能電池提供了重要線索。想必聚合物太陽能電池將會有一個巨大的飛躍，我們拭目以待。

文獻鏈接：Morphology changes upon scaling a high-efficiency, solution-processed solar cell

參考原文鏈接: Material for polymer solar cells may lend itself to large-area processing

本文由編輯部楊洪期提供素材，王飛翻譯，牛蕾審核。點我加入材料人編輯部。

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