海洋工程师开发更高效的太阳能电池

时间：2021-10-17 18:24:58 来源：

使用一种模仿植物如何使用太阳能和强制两种不兼容的分子来覆盖全色谱的技术，来自耶鲁大学的工程师显着提高了聚合物太阳能电池的效率。

研究人员，在安德烈泰勒的转型材料和器件实验室中，开发了一种比传统有机太阳能电池更好地表现出22.5％的太阳能电池。他们的结果本月在线在线公布，在材料化学杂志中，展示了8.7％的电力转换效率。

今天的大多数商业太阳能电池由硅制成。但聚合物电池的成本更低，重量减少，使其成为一种吸引人的替代方案。问题是它们并不是很有效 - 他们未能将其吸收的光能近几半转换为电力。这部分是因为这些细胞中使用的聚合物不足以使能量能够容易地离开电池。

然而，由于聚合物具有机械灵活性，即硅细胞没有，研究人员希望他们能够找到围绕这些缺点的方法。

“我们开始接近能够用传统硅太阳能电池完成的改进的限制，”泰勒说。“但是，有机聚合物，您可以通过显着的结果调整并为他们做事。”

在2013年的自然研究中，泰勒的实验室是第一个表明这可能发生在小分子和称为p3ht的聚合物之间。它现在展示了聚合物共混物中的一些相同的益处。

传统的有机太阳能电池，称为二元太阳能电池，具有作为电子给体和作为电子受体的富勒烯衍生物的一种聚合物。三元细胞 - 本研究中使用的那种 - 可以有两个捐赠者和一个受体或一个捐赠者和两个受体。然而，在大多数情况下，更高效的三元细胞通常具有两个捐赠者和一个受护者，因为捐赠者主要负责光吸收。

最近的研究使用两种聚合物，P3HT和PTB7，它们都是称为发色团的光敏分子。在一个意义上，这两个是互补的：P3HT吸收光谱的蓝绿色侧，而PTB7主要在黄色频谱上吸收。一起，两个覆盖大部分可见光光谱。两种聚合物的接近也促进了所谓的Förster共振能量转移（FRET）而不是独立工作。这是时候能量在两次发色团之间转移到长距离之间。

问题是这两个聚合物的对齐方式。

“我们正在混合两种不同类型的聚合物，所以它们以不同的方式对齐，”泰格加戈，纸的铅作者说。“p3ht以一种方式对齐，即它像墙壁一样，PTB7更像是一堆煎饼。”

“他们在光学上工作得好，但相互矛盾的对齐对于电子运输不利，”纸上的高级作者泰勒增加了。

为了解决这个问题，研究人员使用称为溶剂蒸汽退火（SVA）的技术，其中它们化学改性聚合物的性质以更好地对准。更常用的方法是热退火，但已经发现热量减小聚合物的性能。GOH表示，SVA可以潜在地解决复杂聚合物系统中不相容的对准问题，并将有机光伏的效率驱动到新的高度。

本文的其他作者，“由Förster共振能量转移和溶剂蒸汽退火增强的全同学聚合物 - 聚合物三元太阳能电池，”是京顺黄，Benjamin Bartolome，Matthew Y. Sfeir，Michelle Vaisman和Minjoo Lee。

出版物：Tenghooi Goh等，“Panchromatic聚合物 - 聚合物三元太阳能电池由Förster共振能量转移和溶剂退火增强，”J. Mater。化学A，2015; DOI：10.1039 / C5TA04905A

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