太阳能发电在应对环境挑战、推动经济增长、加强能源安全和缩小世界能源差距方面发挥着至关重要的作用。事实上，太阳能的持续发展和采用对于可持续和繁荣的未来至关重要。迄今为止，太阳能电池的发展一直由硅基光伏技术主导。尽管硅基太阳能电池的效率和稳定性很高，但它们的问题在于它们含有具有潜在毒性的材料，例如铅和氧化铟锡使得硅太阳能电池板难以处置或回收。
全有机太阳能电池是全部由有机材料制成、不含有害金属的太阳能电池，可大幅降低环境成本，被认为是能源领域有潜力的技术方向。但全有机太阳能电池尚处于研究阶段，目前光电转换效率最高仅能达到约4%，远低于硅基太阳能电池（效率可达27%）和钙钛矿太阳能电池（效率可达26%）。近日，日本金泽大学领衔的研究团队，将全有机太阳能电池光电转换效率大幅提升至8.7%，标志着全有机太阳能电池向实用化迈进一大步。
（注：全有机太阳能电池是完全由有机材料构成且不含任何无机成分的太阳能电池，而有机太阳能电池的核心活性层为有机材料但电极可能采用金属或金属氧化物。有机太阳能电池（OSCs）作为下一代光伏技术，在过去二十年中取得了快速发展。随着光伏材料的日益创新，以及形貌控制和器件工程的技术革新，单结OSCs的能量转换效率（PCE）已突破19%，叠层电池效率更是达到20%以上，展现出广阔的应用前景。不过，可靠制备大面积、高效率、高稳定性的有机光伏器件一直是重大科学及技术挑战。）
全有机太阳能电池效率低下主要有两方面原因。一是目前制备高导电性有机电极材料需要添加强酸或碱基，并用150摄氏度以上的高温处理，易损伤电池的有机基板；二是在制造多层膜构成的太阳能电池器件过程中，很难做到逐层堆叠薄膜时不损伤下层结构，尤其采用溶液工艺时，在形成上层过程中存在下层溶解或薄膜均匀性受损等风险。
研究团队通过开发新电极材料和使用新制作工艺克服上述难题。首先，团队以导电高分子聚合物PEDOT：PSS为基础，研发出一种新型透明电极材料。这种材料表现出作为太阳能电池电极足够的导电性，它在80摄氏度温度条件下就能制备，并且不需使用酸和碱基。团队还开发出“碳纳米管电极层压法”，先单独制成电极再贴到器件上，避免了传统溶液工艺损伤下层有机薄膜的风险。
研究团队还表示，他们的全有机太阳能电池不包含昂贵的透明电极或气相沉积电极，并补充说该电池可以完全使用溶液工艺制造。他们说这表明扩展以创建更大的模块相对容易。
相关成果已发表在《先进功能材料》杂志上。研究人员设想全有机太阳能电池将在环境敏感领域（如农田和可穿戴设备）中应用大有可为。团队计划在后续研究中进一步提升有机电极的导电性和电池的光电转换效率，同时致力于研发更低成本的材料与制造工艺。如能实现新型全有机太阳能电池的低成本化，这种应用场景广泛、易于回收的太阳能电池将有望普及。
https://doi.org/10.1002/adfm.202419813
部分素材来源：新华社
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