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SEAS工程师开发更高效的太阳能电池

2018-05-16
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/ em利用模仿植物如何利用太阳能并强迫两种不兼容的分子一起工作以覆盖全色谱的技术,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。 / em

研究人员在Andre Taylor博士的变换材料与器件实验室研发出一种太阳能电池,比传统的有机太阳能电池性能提高22.5%。他们的结果在本月在线发布在材料化学杂志A上,展示了8.7%的功率转换效率。

目前大多数商业太阳能电池都是由硅制成的。但聚合物电池成本更低,重量更轻,使其成为一种吸引人的选择。问题在于它们效率不高 - 它们未能将近一半的吸收光能转化为电能。部分原因是由于这些细胞中使用的聚合物排列不够好,使得能量很容易从细胞中排出。

然而,由于聚合物具有硅电池所不具备的机械灵活性,研究人员希望他们能找到解决这些缺点的方法。

“我们正在开始接近传统硅太阳能电池所能实现的改进极限,”泰勒说。 “但使用有机聚合物,您可以对其进行调整,并对其做出明显的结果。”

2013年在自然界的一项研究中,泰勒的实验室首次证明,这可能发生在小分子和称为P3HT的聚合物之间。现在它在聚合物共混物中展现出一些相同的优点。

称为二元太阳能电池的常规有机太阳能电池具有一个聚合物作为电子供体和富勒烯衍生物作为电子受体。三元细胞 - 本研究中使用的种类 - 可以具有两个捐献者和一个受者或一个捐献者和两个受者。然而,在大多数情况下,更有效的三元细胞通常具有两个供体和一个受体,因为供体主要负责光吸收。

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。从某种意义上说,两者是互补的:P3HT吸收光谱的蓝绿侧,而PTB7主要吸收黄 - 红光谱。两者一起覆盖可见光谱的大部分。不是独立工作,两种聚合物的接近性也促进了所谓的福斯特共振能量转移(FRET)的发生。这是在两个发色团之间长距离传输能量的时候。

问题是这两种聚合物如何对齐。

“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排列,”本文的主要作者TengHooi Goh说。 “P3HT以一种像墙壁一样的方式对齐,而PTB7则更像一叠薄煎饼。”

“它们在光学上工作良好,但矛盾的对齐对电子传输是不利的,”该论文的高级作者泰勒补充道。

为了解决这个问题,研究人员使用了一种称为溶剂蒸气退火(SVA)的技术,在这种技术中,他们通过化学修饰聚合物的特性来更好地对齐。更常用的方法是热退火,但已发现热量会降低聚合物的性能。 Goh表示,SVA可能潜在地解决复杂聚合物系统中不兼容的对准问题,并将有机光伏器件的效率推向新的高度。

本文的其他作者,“由Förster共振能量转移和溶剂气相退火增强的全色聚合物 - 聚合物三元太阳能电池”是黄敬顺,Benjamin Bartolome,Matthew Y. Sfeir,Michelle Vaisman和Minjoo Lee。

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

来源:耶鲁大学