纳米材料研究人员已经设计出一种方法可以显着提高有机太阳能电池的效率。

2019-10-15 17:55:37

纳米材料研究人员已经设计出一种方法,可以显着提高有机太阳能电池的效率。他们使用了方酸分子来提供电子,并使PBDB-T聚合物与ITIC非富勒烯受体更好地取向。与该小组先前率先采用的另一种设计机制相结合,他们在将太阳能转化为电能方面实现了超过10%的效率提升。柔性电池最终可用于可穿戴设备等。

太阳能电池作为清洁电能的来源具有巨大的潜力,但是到目前为止,它们还没有足够便宜,轻巧和灵活,无法广泛使用。现在,由化学和生物分子工程系的Tandon副教授AndréD. Taylor带领的一组研究人员发现了一种创新且有前途的方法来改善太阳能电池并使其更可能在许多应用中使用。

大多数有机太阳能电池使用富勒烯,即碳的球形分子。泰勒解释说,问题在于富勒烯价格昂贵并且不能吸收足够的光。在过去的10年中,他在改善有机太阳能电池方面取得了重大进展,并且最近他专注于使用非富勒烯,而到目前为止,这种非富勒烯的效率一直不高。但是,他说,“非富勒烯的改进程度足以使富勒烯有足够的资金来赚钱。”

泰勒说,把太阳能电池当作三明治。由电子供体和受体组成的“肉”或活性层位于中间,吸收阳光并将其转化为电(电子和空穴),而“面包”或外层则由传输电的电极组成那电。他的团队的目标是让细胞使用多种材料吸收尽可能大的光谱范围内的光,同时让这些材料很好地协同工作。“我的小组研究“三明治”的关键部分,例如“面包”的电子和空穴传输层,而其他小组可能只研究“肉”或夹层材料。问题是:您如何让他们一起玩?这些不同材料的正确混合非常难以实现。”

以新方式使用方酸分子-作为结晶剂-达到了目的。泰勒解释说:“我们添加了一个小分子,它本身就可以充当电子供体,并增强了活性层的吸收。” “通过添加这种小分子,它以有利的排列方式促进了供体-受体聚合物(称为PBDB-T)与非富勒烯受体ITIC的取向。”

这种太阳能架构还使用了泰勒(Taylor)集团首创的另一种设计机制,即基于FRET的太阳能电池。FRET或Förster共振能量转移是一种首先在光合作用中发现的能量转移机制,植物利用该机制利用阳光。该团队使用新型聚合物和非富勒烯与方酸的混合物,将超过10%的太阳能转化为电能。就在几年前,对于单结聚合物太阳能电池来说,这还被认为是一个崇高的目标。泰勒说:“现在有更新的聚合物非富勒烯系统可以达到13%以上的性能,因此我们认为我们的贡献是改善这些系统的可行策略。”

他的团队开发的有机太阳能电池非常灵活,有一天可以用于支持电动汽车,可穿戴电子设备或背包给手机充电的应用中。最终,它们可以大大有助于电力供应。“我们期望这种结晶剂方法将引起有机电子学领域的化学家和材料科学家的关注,”泰勒(Taylor)的前研究学生,《今日金属》杂志上有关该工作的文章的主要作者郑一凡说。

研究团队的下一个?他们正在研究一种称为钙钛矿的太阳能电池,并继续改进非富勒烯有机太阳能电池。

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