新技术可以改变太阳能存储

科学家们设计了一种新的太阳能电池成分排列，捆绑聚合物供体（绿棒）和整齐有组织的富勒烯受体（紫色，棕褐色）。

UCLA的化学家开发了一种能够将太阳能储存到几周的新技术 - 这是一个可以改变科学家们考虑设计太阳能电池的方式的进步。

大多数本今住宅屋顶太阳能电池板的材料可以一次将能量存储在太阳中只有几微秒。由UCLA的化学家开发的一项新技术能够将太阳能储存到最多几周 - 这是一个可以改变科学家们考虑设计太阳能电池的方式的进步。

这些调查结果将于6月19日在学报上发布。

新设计是通过植物通过光合作用产生能量的启发。

“生物学在阳光下创造能量非常好，”萨拉·托尔伯特（CCLA）化学教授和研究高级作者之一，Sarah Tolbert说。“植物通过极高效率的光合作用来做到这一点。”

“在光合作用中，暴露于阳光的植物在其细胞内使用精心组织的纳米级结构，以快速分离出来的电荷 - 从留下的带正电荷分子中拉出电子，并保持正面和负电荷分离，”Tolbert表示。“这种分离是使过程如此高效的关键。”

为了从阳光下捕获能量，传统的屋顶太阳能电池使用硅，一种相当昂贵的材料。目前，使用塑料而不是硅，而不是硅的较低的太阳能电池，但是今天的塑料太阳能电池在很大程度上，由于分离的正极和负电荷在它们可以成为电能之前通常重新组合。

“现代塑料太阳能电池没有明确定义的结构，如植物所做的，因为我们从未知道如何在之前制造它们，”Tolbert说。“但是这种新系统将收费分开并使它们分开几天，甚至几周。一旦你做出正确的结构，你就可以大大提高能量的保留。“

使UCLA开发的系统工作的两个组件是聚合物供体和纳米级富勒烯受体。聚合物供体吸收阳光并将电子传递给富勒烯受体;该过程产生电能。

塑料材料称为有机光伏，通常像熟面的板块一样组织 - 一种具有随机富勒烯“肉丸子”的无蜂窝聚合物“意大利面”的混乱质量。但这种安排使得难以获得电流的电流，因为电子有时跳回聚合物意大利面并丢失。

UCLA技术将元素更整齐地排列，像小捆绑的未煮过的意大利面条，精确放置肉丸。一些富勒烯肉丸旨在坐在意大利面条内侧，但其他人被迫留在外面。该结构内的富勒烯从聚合物中取电子并将它们扔到外部富勒烯，这可以有效地将电子保持远离聚合物周数。

“当收费永远不会回到一起时，系统的工作更好，”Benjamin Schwartz，化学和另一个高级协作者的UCLA教授。“这是第一次使用现代合成有机光伏材料显示。”

在新系统中，材料仅通过被置于近距离进行自组装。

“我们真的很难设计一些东西，所以我们不必非常努力地工作，”Tolbert说。

新设计也比目前的技术更环保，因为材料可以组装在水中而不是今天广泛使用的有毒有机溶液。

施瓦茨说：“一旦你制造材料，就可以将它们倾倒入水中，它们汇集到适当的结构中，”Schwartz说。“所以没有额外的工作。”

研究人员已经致力于如何将该技术纳入实际的太阳能电池。

Yves Rubin，一个UCLA化学教授和该研究的另一个高级协作者，带领该团队创造了独特设计的分子。“我们在真实设备中没有这些材料;这一切都在解决方案中，“他说。“当我们可以将它们放在一起并进行闭合电路时，我们将真正在某个地方。”

然而，现在，UCLA研究证明，廉价的光伏材料可以以极大地改善其避免阳光的能力的方式来组织。

Tolbert和Schwartz也是UCLA加州纳米系统研究所的成员。该研究的其他联合主导作者是UCLA研究生Rachel Huber和Amy Ferreira。UCLA的纳米筒虫电子成像中心在由洪周领导的实验室中成像。

该研究得到了国家科学基金会（Grant Che-1112569）和由美国能源部资助的能源前沿研究中心的分子工程能源材料中心支持（De-AC06-76RLO-1830）。Ferreira收到了清洁绿色IGERT的支持（Grant DGE-0903720）。

出版物：Rachel C. Huber等人，“长期光学诱导的PolareOn形成，共轭聚电解质 - 富勒烯组装，”2015年6月19日科学：卷。 348号。 6241 pp.1340-1343; DOI：10.1126 / science.AAA6850