在聚合物的合成制备方面,研究人员已经积累了大量经验,加上有机化学、高分子化学、化学工程学等学科领域的理论、实践,寻求光电转换效率高的材料业已取得了重要成果。然而,其电子迁移率不高、光电流损耗大,导致聚合物太阳能电池性质不稳定,难以满足连续使用的要求。同时,聚合物太阳能电池的寿命也低于无机薄膜材料制成的第二代太阳能电池。
综合来看,通过修饰改性等手段提高聚合物的稳定性并延长其使用寿命,是推动聚合物太阳能电池发展的关键。
3、结论
本文以太阳领域的5个代表性期刊中2001-2014年公开发表的文献为研究对象,利用共被引网络方法,探测了太阳能电池领域近十年发展历程中关键技术和潜在技术:
(1)90年代以前,文献共被引网络中关键节点相对分散,并未形成主导趋势,太阳能电池研究尚处于萌芽阶段;1991年前后,太阳能电池材料发展迅速,形成了时间跨度小但研究内容相对集中的第二集团,极大地推动了相关技术的发展;1995年前后至今,研究领域之间相互重叠,关键节点分布密集,太阳能电池发展进入黄金时期。
(2)当前太阳能电池领域研究主要集中在光电转换材料、电池片制造加工以及可靠性3个方面:太阳能电池材料相关的关键节点有4个,太阳能电池薄膜材料对太阳能量的吸收律高、易取材、成本低、韧性强,而有机聚合物太阳能电池同样具有成本低、韧性好、材料易获取等优势,其合成是太阳能电池材料方面的关键技术;太阳能电池片制造加工相关的关键节点有4个,因为光电转换材料多种多样,所以电池片的制造加工也各不相同,针对不同材料设计电池片及其制造工艺是太阳能电池领域的重要研究内容之一;聚合物太阳能电池的可靠性相关的关键节点有1个,以该节点为中心,衍生出结构完整的文献共被引网络,说明其研究内容代表了2008年以后太阳能电池领域一个重要的研究方向。
(3)不同代际的太阳能电池处于不同的技术生命周期阶段,其中:以晶体硅为基础的第一代太阳能电池早已实现产业化,但受制于资源及光电转换效率,它们处于技术生命周期的衰落期;以薄膜材料为主的第二代太阳能电池技术基本成熟,然而其制造难度大、成本高,处于迈入技术成熟期的前端;第三代、第四代太阳能电池仍处于电池材料开发的萌芽阶段,尚未达到大规模生产的水平。
(4)通过关键技术识别和聚类结果,可知太阳能电池领域潜在的关键技术主要包括:基于材料吸光度的多层结构设计,薄膜电池片规模化制造技术,聚合物太阳能电池的维护与延寿。
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