材料三明治打破了太陽(yáng)能電池效率的障礙

太陽(yáng)能電池作為清潔電能的來(lái)源具有巨大的潛力，但到目前為止它們還不便宜，輕便且靈活，足以廣泛使用?，F(xiàn)在由化學(xué)和生物分子工程系的Tandon副教授AndréD。Taylor領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組已經(jīng)找到了一種創(chuàng)新和有前景的方法來(lái)改進(jìn)太陽(yáng)能電池，并使其更有可能在許多應(yīng)用中使用。

大多數(shù)有機(jī)太陽(yáng)能電池使用富勒烯，球形碳分子。泰勒解釋說(shuō)，問(wèn)題在于富勒烯是昂貴的，并且不能吸收足夠的光。在過(guò)去的10年里，他在改進(jìn)有機(jī)太陽(yáng)能電池方面取得了重大進(jìn)展，他最近專注于使用非富勒烯，迄今為止效率很低。然而，他說(shuō)，“非富勒烯正在改善，足以讓富勒烯為他們的錢(qián)付出代價(jià)。”

泰勒說(shuō)，把太陽(yáng)能電池想象成三明治。由電子供體和受體構(gòu)成的“肉”或活性層位于中間，吸收太陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)化為電能(電子和空穴)，而“面包”或外層則由傳輸電能的電極組成。 。他的團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是讓細(xì)胞使用各種材料盡可能大地吸收光線，同時(shí)讓這些材料很好地協(xié)同工作。“我的小組在'三明治'的關(guān)鍵部分工作，例如'面包'的電子和空穴傳輸層，而其他群體可能只在'肉'或夾層材料上工作。問(wèn)題是：你怎么讓他們一起玩?這些不同材料的正確混合極難實(shí)現(xiàn)。“

以一種新的方式使用方酸分子 - 作為結(jié)晶劑 - 起到了作用。“我們添加了一種小分子，它本身可以起到電子供體的作用，并增強(qiáng)了活性層的吸收，”泰勒解釋道。“通過(guò)添加這種小分子，它有利于非富勒烯受體ITIC以有利的排列方式促進(jìn)供體 - 受體聚合物(稱為PBDB-T)的取向。”

這種太陽(yáng)能結(jié)構(gòu)還采用了另一種設(shè)計(jì)機(jī)制，泰勒集團(tuán)率先將其稱為基于FRET的太陽(yáng)能電池。FRET或Förster共振能量轉(zhuǎn)移是一種首先在光合作用中觀察到的能量轉(zhuǎn)移機(jī)制，植物利用它來(lái)利用陽(yáng)光。該團(tuán)隊(duì)使用新聚合物和非富勒烯混合方酸，將超過(guò)10%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為能量。就在幾年前，對(duì)于單結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，這被認(rèn)為是太崇高的目標(biāo)。“現(xiàn)在有更新的聚合物非富勒烯系統(tǒng)可以達(dá)到13%以上，因此我們認(rèn)為我們的貢獻(xiàn)是改善這些系統(tǒng)的可行策略，”泰勒說(shuō)。

他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的有機(jī)太陽(yáng)能電池非常靈活，有朝一日可用于支持電動(dòng)汽車，可穿戴電子產(chǎn)品或背包的應(yīng)用，為手機(jī)充電。最終，他們可以為電力供應(yīng)做出重大貢獻(xiàn)。“我們希望這種結(jié)晶劑方法能夠引起化學(xué)家和有機(jī)電子學(xué)相關(guān)材料科學(xué)家的關(guān)注，”泰安的前研究生，以及“ 今日材料”雜志關(guān)于這項(xiàng)工作的文章的第一作者鄭一帆說(shuō)。

接下來(lái)是研究團(tuán)隊(duì)?他們正在研究一種稱為鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池，并繼續(xù)改進(jìn)非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池。