如何建立高效的有机太阳能电池

2019-10-14 17:41:22

来自七个研究所的25名研究人员齐心协力,拟定了设计高效有机太阳能电池的规则。这项研究由瑞典林雪平大学副教授冯高领导。

与其他太阳能电池技术相比,由碳基材料制成的有机太阳能电池具有独特的优势。例如,它们可以通过低成本印刷技术进行制造,并且可以制成具有可选颜色的半透明颜色,可以在建筑中用于建筑物集成。它们的灵活性和轻便性使其非常适合为物联网应用的传感器供电。

发展有机太阳能电池面临的关键挑战是它们通常会损失大量能量。

“我们制定了一些合理的设计规则,以最大程度地减少有机太阳能电池中的能量损失。遵循这些规则,我们提供了一系列具有低能量损失和高功率转换效率的示例,”生物分子与生物工程学系副教授冯峰说。林雪平大学的有机电子学。

挑战一些先前持有的想法的设计规则已经发表在《自然材料》杂志上的一篇文章中。

使用这些设计规则,有机太阳能电池有望在功率转换效率方面赶上其竞争对手,该技术可测量转化为电能的太阳辐射中的能量比例。在太阳能电池中可获得的太阳能量分数的理论极限约为33%。硅基太阳能电池的实验室实验最多只能达到25%。到目前为止,研究人员一直认为有机太阳能电池的极限较低。

Linkoping大学生物分子和有机电子学教授Olle Inganas说:“但是我们现在知道没有区别-由硅,钙钛矿或聚合物制成的太阳能电池的理论极限是相同的。”

当来自太阳的光子被太阳能电池中的半导体聚合物吸收时,施主材料中的电子被激发到激发态,并且在基态形成空穴,电子继续被吸引。为了分离这些结合的电子和空穴,添加了受体材料。然而,这种受体材料通常会导致额外的能量损失,这个问题困扰了有机太阳能电池社区长达二十多年。

《自然材料》中的文章提出了两个基本规则,以最小化高效有机太阳能电池的能量损失:-最小化施主和受主组件之间的能量偏移。-确保掺混物中的低间隙组分具有高的光致发光。

美国,中国和欧洲的七个研究所的研究人员共同生产了大约十二种不同的材料,其中一些以前已经报道过,而另一些则是全新的。他们用这些来证明新理论与实验结果相符,尽管它与先前的观点有些矛盾。

除冯Gao外,伦敦帝国理工学院的Artem A Bakulin和佐治亚理工学院的Veaceslav Coropceanu也是本文的通讯作者。这项研究得到了瑞典,欧盟,美国和中国的资助,并在林雪平大学先进功能材料战略计划的框架内进行了研究。

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