研究人员设计出一种增强有机太阳能电池板坚固性的方法

2019-10-11 15:38:35

由于与传统硅太阳能电池相比的优势,有机太阳能电池市场有望在2017年至2020年之间增长20%以上:可以使用卷对卷工艺大规模生产;包含它们的材料很容易在地球上发现,并可以通过绿色化学方法应用于太阳能电池;它们可以是半透明的,因此在视觉上不那么麻烦-意味着它们可以安装在窗户或屏幕上,非常适合移动设备使用;它们具有超柔韧性,可以拉伸;而且它们可以超轻量级。

但是,与硅太阳能电池不同,有机电池非常容易受到潮气,氧气和阳光的影响。最先进的补救措施包括封装电池,这增加了生产成本和单位重量,同时降低了效率。

纽约大学丹顿工程学院的研究人员发现了一种使有机太阳能电池板更加坚固的显着方法,包括通过相反的方式(去除而不添加材料)赋予抗氧,抗水和抗光性。

该团队由纽约大学丹东工程学院化学与生物分子工程教授安德烈·泰勒(AndréTaylor)领导,其中包括纽约大学博士后研究员Jaemin Kong和耶鲁大学“转化材料与器件”实验室的研究人员进行了分子等效研究。上蜡的脱毛方法:他们用胶带从太阳能电池光敏层的最表面剥离电子接受分子-共轭富勒烯衍生物苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM),仅留下非反应性有机聚合物。装置降解的主要原因之一是这些富勒烯衍生物的氧化。从裸露的薄膜表面去除PCBM可以减少遇到氧化源(例如氧分子和水)的机会,

研究小组在4月号ACS Energy Letters的封面文章“通过选择性去除顶部电极附近的电子受体的水下有机太阳能电池”中测试了一种有机电池,其活性层是PCBM和更具弹性的共轭聚合物poly的混合物。 (3-己基噻吩)(P3HT)。将胶带粘贴到薄膜的光敏层表面后,他们用热和压力对电池进行处理,一旦薄膜恢复到室温,就将其从薄膜表面缓慢地剥离。

研究人员称,此后,仅剩下6%的PCBM受体组分,形成了富含聚合物的表面。他们解释说,富勒烯电子受体与氧气和水分子的这种接触最小化,而富含聚合物的表面显着增强了光敏层与顶部金属电极之间的粘附力,这恰好防止了弯曲带来的另一个问题:电极分层。

泰勒说:“我们的结果最终证明,选择性去除顶部电极附近的电子受体会导致高度耐用的有机太阳能电池,它们甚至可以在水下运行而无需封装。”

Kong补充说:“我们证明了该电池在暴露于水的情况下能持续多长时间,而不会造成明显的效率损失。” “此外,使用我们的胶带剥离技术,我们可以控制光敏层在垂直方向上的成分分布,从而可以更好地将电荷从太阳能电池中提取出来。”

泰勒说,过程后的压力测试包括对太阳能组件进行10,000次弯曲循环,以证明该技术是可靠的。他解释说,它还赋予有机太阳能电池以防水性能,这是诸如太阳能潜水表之类产品的福音。

“但是,如果您查看太阳能电池板的明显用例,则必须确保有机光伏电池可以与屋顶的硅在雨天和雪天中竞争。这是有机太阳能电池长期无法竞争的地方“我们正在展示实现这一目标的途径。”泰勒说。

这项研究得到了美国国家科学基金会的资助和NSF科学家与工程师总统早期职业奖。

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