通常在市场上发现的常规硅基刚性太阳能电池不适用于制造可模塑薄膜太阳能电池,其中透明,柔性和导电电极收集光并带走电流。由Empa开发的编织聚合物电极现在已经产生了非常有希望的第一个结果,表明新材料可以替代氧化铟锡涂层。
原材料的稀缺和稀有金属的使用越来越多,使得电子元件和设备的成本越来越高。例如,这种稀有金属用于制造移动电话触摸屏显示器,液晶显示器,有机LED和薄膜太阳能电池中的透明电极。在这些情况下选择的材料是氧化铟锡(ITO),一种很大程度上透明的混合氧化物。然而,因为ITO相对昂贵,所以在诸如太阳能电池的大面积应用中使用是不经济的。
寻找替代品
不含铟的透明氧化物确实存在,但随着它们的需求增加,它们也趋于变得稀缺。另外,脆性等主要缺点仍然存在。因此,寻找透明和导电的替代涂层是非常强烈的,其中诸如导电聚合物,碳纳米管或石墨烯的材料受到严格审查。然而,碳基电极通常显示出过大的表面电阻值,这使得它们导电性差。如果将金属网格集成到有机层中,则不仅降低了其电阻,还降低了其机械稳定性。如果由这种材料制成的太阳能电池弯曲,则电极层断裂并且不再导电。因此,挑战在于制造灵活而稳定的导电基板,
一种解决方案:编织电极
一个特别有希望的可能性是使用透明的柔性编织聚合物,Empa与Sefar AG公司在瑞士技术与创新委员会(CTI)资助的项目中共同开发。专注于精密织物的Sefar能够经济地大量生产编织聚合物,采用与报纸印刷方式类似的卷对卷工艺。编织到材料中的金属线确保其导电。在第二工艺步骤中,将材料嵌入惰性塑料层中,然而,该塑料层不完全覆盖金属丝,从而保持其导电性。产生的电极是透明,稳定且柔韧的。然后,Empa研究人员在这种新基材上涂覆了一系列涂层,以创造出一种新型有机太阳能电池,其效率与传统的基于ITO的电池兼容。另外,编织电极在变形时比已经施加薄导电ITO层的市售柔性塑料基板明显更稳定。