有机太阳能电池由廉价且丰富的材料制成

2019-10-10 10:18:15

有机太阳能电池由廉价且丰富的材料制成,但其效率和稳定性仍落后于硅基太阳能电池。一个由中德科学家组成的团队发现了一种增强有机太阳能电池电导率的方法,从而可以提高其性能。这项发表在《Angewandte Chemie》杂志上的研究表明,用修饰的有机染料掺杂连接电极和活性层的金属氧化物中间层可以提高效率和稳定性。

有机太阳能电池将光转换成电流。细胞的心脏是由专门设计的有机分子制成的活性有机层。在此,电子和空穴,即电子的正向对应物,是由光产生的,并传播到电极以形成电流。有机太阳能电池设计中经常出现的问题是材料类型的匹配。电极由无机材料制成,但活性层是有机材料。为了结合这两种材料,在许多有机电池类型中引入了金属氧化物中间层。但是在大多数设计中,最终的电导率并不是最佳的。

德国维尔茨堡大学的FrankWürthner和中国广州华南理工大学(SCUT)的谢增琪,研究了使氧化锌中间层稍微有机和具有光电导性的想法,以降低被辐照时的接触电阻阳光。科学家们以一种有机染料的方式制备了这种染料,使其与氧化锌层中存在的锌离子形成稳定的络合物。在阳光下,这种称为羟基-PBI的改性染料会将电子注入氧化锌中间层,这将增加其导电性。

然后,科学家组装了有机太阳能电池,该有机太阳能电池由氧化铟锡玻璃(ITO)电极,掺杂有羟基PBI染料的氧化锌层,由聚合物作为电子供体的活性层以及由有机分子构成的有机层组成。受体,另一金属氧化物中间层和铝电极作为正电极。这种架构称为倒置体异质结电池,是最先进的有机太阳能电池的架构,可实现最大15%的功率转换效率。

层间掺杂在几种方面都是有益的。根据染料的不同-科学家检查了几种结构稍有不同的染料的性能-转换效率几乎达到16%。而且,染料掺杂的氧化锌中间层也比没有掺杂的中间层更稳定。作者说,重要的是将PBI染料修饰为羟基PBI形式,从而形成与锌离子的紧密配合物。只有这样,无机-有机杂化结构才能形成与活性材料的良好接触。

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