微调的分子取向是提高太阳能电池效率的关键

   日期:2019-01-11     浏览:10    评论:0    
核心提示:聚合物太阳能电池由于其强大的未来发展潜力和所面临的重大挑战而成为研究的热点。据信,由于生产成本的降低,当硅基太阳能电池的

聚合物太阳能电池由于其强大的未来发展潜力和所面临的重大挑战而成为研究的热点。据信,由于生产成本的降低,当硅基太阳能电池的功率转换效率达到10%到15%时,硅基太阳能电池将成为传统太阳能电池的可行替代品。现在,通过使用精心设计的材料和“倒立”结构,一个科学家团队已经达到了10%的效率,使这些细胞接近商业可行性的门槛。

聚合物太阳能电池提供了许多潜在的优势。它们是由便宜且灵活的聚合物制成,可以沉积在玻璃或塑料基板上,从而可以建造大型结构。它们比硅的同类产品更便宜,更环保。不幸的是,由于它们的结构,它们的电力效率较低,而且往往下降得更快。
研究发表在《自然光子学,协作包括Itaru大阪和Kazuo Takimiya理化中心的紧急物质科学管理创建一个类型的聚合物太阳能电池称为bulk-heterojunction太阳能单元格,电子供体和受体层混合一起一个电源转换效率为10%,接近将允许这些材料在商业上可行。
大阪方面表示:“虽然私营企业能够以类似的效率开发电池,但它们使用的是专有技术,因此不可能知道为什么事情会这样发展。”我们开始用一种叫做PNTz4T的物质进行实验,这种物质是我们之前开发的,最初的能量转换效率约为8%,而活性层相当厚,约为300纳米。然而,令人惊讶的是,我们发现当我们使用倒置结构时,光线通过透明的负极进入,在我们的氧化锌电池中,我们发现倒置结构的电池效率更高,这对于我们构建的这种类型的电池来说是不正常的。我们认为这是由于分子在混合层中的排列。
研究人员使用Harima的SPring-8同步加速器设备分析了这些材料的组成,发现在倒转的模型中,活性层内分子的方向通常是“面朝上”的,这种方向非常适合电子空穴在材料中的传输。Takamiya说:“我们推测这是实验成功的秘密。结果是,通过尝试一些看起来不寻常的东西,我们得到了一个令人惊讶的结果,通过这个我们能够理解是什么让细胞效率更高或更低。
参与这项研究的日本高级科学技术研究所的村田秀行教授说:“这是一个令人兴奋的结果,因为我们现在已经知道如何进一步提高聚合物太阳能电池的效率。”我们希望世界各地的研究人员能够利用这些结果制造出商业上可行的细胞。

 
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