陈根：氧化锡提升有机太阳能电池性能

文/陈根

伴随着地球承载压力的越来越大，能源危机日益凸显，而开发新型可再生能源和提高能源利用率也就成为了生产与发展的当务之急。于是，作为不竭之能源，太阳能便备受全球研究人员的关注，对于有机太阳能电池的研发势在必行。

所谓有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池；主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果。其中，对于半导体材料的选择，通常是颜色越透明、导电性能越好，越优良。但是，很少有材料能将这两者进行完善结合，直到科学家们发现纳米二氧化锡SnO2。

二氧化锡兼具透明和导电性

基于半导体越透明，透过的光就越多这一点原理，二氧化锡被应用于太阳能电池是再合适不过的。研究人员将二氧化锡制作成薄膜后发现，这种薄膜可透过的波段包括可见光和近红外光（太阳能能量的主要集中区域），这对于光伏太阳能电池板的转换率有很大的益处，大大提升了太阳能电池板的功率。

同时，迁移率则是衡量半导体性能好坏的重要指标。SnO2薄膜中的电子迁移率非常高，这也是SnO2能够兼备导电和透明的特性，成为一种绝佳半导体材料的根本原因；更是因此被广泛应用于气敏传感器、透明导电薄膜、太阳能电池、催化剂等领域。

有机太阳能电池的效率新突破

有机太阳能电池非常薄，可以弯曲，并且易于制造。其中，聚合物和小分子将光转化为在电极处收集的电荷，电池则由不同层的薄膜制成——每一层都有自己的特性——堆叠在基板上；而最重要的是将光转化为电荷并将电子与空穴分离的光敏层，以及选择性地将电子引向电极的传输和阻挡层。

相较于传统的硅基光伏电池，有机太阳能电池的效率相对要低很多。但是，经过不断地探索研究，荷兰格罗宁根大学的应用物理学家制造出了一种效率超过17%的有机太阳能电池，是目前此类电池效率的最高水平。通常在大多数有机太阳能电池中，电子传输层是由位于活性层下方的氧化锌制成的。而今，研究人员在试验了使用氧化锡作为传输层的想法后表示，氧化锌比氧化锡更具光活性，而氧化锡则会带来更高的器件稳定性。

“我们使用了原子层沉积，因为这种技术方法可以生长出质量卓越的层。”格罗宁根大学泽尼克高级材料研究所光物理和光电子组的博士生Garcia Romero说，“我们实现了17.26%的效率，刷新了历史纪录。而且，作为太阳能电池质量的重要参数，其填充因子高达79%，与此类结构的记录值一致。”研究人员还表示，可以通过改变材料沉积的温度来调整氧化锡层的光学和结构特性。例如，在140摄氏度下沉积的传输层的电池中达到了最大的功率转换。同样的结果在两种不同的有源层上得到了证明，这意味着氧化锡以一种通用的方式提高了效率。