卷一卷，电池马上就好

材料牛注：与成熟的无机硅晶太阳能电池相比，聚合物太阳能电池具有质量轻、成本低廉的特性，如果可以实现像印刷报纸一样卷对卷的大规模连续化生产，将大大促进其应用范围。

       丹麦技术大学太阳能电池能源图

相比传统的硅太阳能电池，聚合物太阳能电池成本低廉、布线缜密、应用范围广，在实验中展现出很多优异的性能。但是为保证片状高效光伏器件连续，经济地制造，仍需要将其像印刷报纸一样卷着生产。

在丹麦技术大学有一个太阳能电池示范公园。由NIST领导的国际团队最新研究成果（Morphology changes upon scaling a high-efficiency, solution-processed solar cell）发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）上，其结果表明生产聚合物太阳能电池前景十分广阔。

在实验中研究人员使用一种模拟高容量、辊对辊的生产方法，生产的聚合物太阳能电池能量转换效率超过9.5%，稍逊于最低的商业目标10%。这几乎是和小批量的自旋涂层设备一样好，自旋涂层是一种在实验室生产高品质薄膜，但在商业上不切实际的方法，因为它浪费了90%的油墨原料。有些令研究人员不解的是，当最佳光电转换率为11%时，他们的量产产品表现为分子结构组装，只是稍微与实验室产品相似。

主攻功能高分子的NIST物理学家Lee Richter认为：高容量聚合物太阳能电池在实验室制造结构与纳米尺度上的组织形态相似性一直依靠“拇指规则”。

来自香港科技大学的He Yan说“我们的实验表明，需求要比预想的更加灵活，在没有显著牺牲转换效率前提下允许更大的结构性变化。高效的卷对卷制造方式是实现低成本、大批量生产的关键，将使光伏发电规模成为全球能源生产的一个重要部分。”

他们试验了由氟聚合物和富勒烯组成的涂层材料（也被称为“巴壳球”）。学名为PffBT4T-2OD的聚合物，具有规模化生产的优势且已报道的能量转换效率超过11%。更重要的是，它可以应用在较厚层的辊对辊制造中。然而，顶尖的太阳能电池是采用旋涂法小批量生产。在旋涂法中，液体被分配到一个磁盘或其他基板中心，通过旋转扩散材料，直到达到所需的涂层厚度。除了产生大量废物，该过程是渐进的而不是连续的，而且基板的尺寸受限制。因此研究团队选择测试相关商业涂层的方法，特别是PffBT4T-2OD，应用在约250纳米的涂层，大约一个大病毒的大小。

他们开始用刮刀涂布，拿着刀刃在处理过的玻璃基板上划过头发宽度的一个片段，涂布PffBT4T-2OD到衬底上。一系列的X射线的测量显示， PffBT4T-2OD的干燥温度，显著影响所得涂层材料结构，特别是形成晶体的取向和间隔分布。

基板刀片涂层最高的运行温度是90℃（194°F），功率转换效率超过9.5%。但是令人惊讶的是，最终产品在纳米级别与实验室中的自旋涂层差别显著。详细的实时测量表明，旋转涂层快速冷却与刀片涂层的恒温冷却过程，两者显示不同的结构。

“实时测量是发展正确理解成膜动力学和最终优化的关键，” Aram Amassian说，他是一名来自沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的合作者。受此启发，研究团队对一种柔软的塑料板表面的PffBT4T-2OD涂层进行了初步测试。

该涂料适用于NIST的槽模辊对辊涂线，直接模仿大规模生产。测试证实，当在相同温度处理时，槽模涂层的材料结构与刀片涂层的几乎是相同的。

很明显，处理方法的类型影响最终涂层的形状及其大小分布，但这些不同的形态不见得明显地破坏性能。同时，研究者认为这些发现为优化设计辊对辊加工的聚合物太阳能电池提供了重要线索。想必聚合物太阳能电池将会有一个巨大的飞跃，我们拭目以待。

文献链接：Morphology changes upon scaling a high-efficiency, solution-processed solar cell

参考原文链接: Material for polymer solar cells may lend itself to large-area processing

本文由编辑部杨洪期提供素材，王飞翻译，牛蕾审核。点我加入材料人编辑部。

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