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新型有机太阳能电池问世

2019-01-21    中国科学报    浏览量:93次    加入收藏

日前,美国莱斯大学、休斯敦社区大学和布鲁克海文国家实验室的科学家团队已经研发出一种柔软的有机太阳能光电板,这种太阳能板能够在电量十分匮乏的地区发挥巨大作用。相关研究已经发表在《材料化学》杂志上。

有机太阳能电池借助的是聚合物等碳基材料来捕获阳光并转换成电流。与有机材料相对的就是硅等坚硬的无机材料,但是有机物具有纤薄、重量轻、半透明和廉价的特点。目前流行的硅基太阳能电池的能效大约为22%,有机太阳能电池的极限能效为15%左右。

团队负责人、莱斯大学化学与生物分子工程系兼材料科学与纳米工程系研究员Rafael Verduzco博士称:“这些装置的能效已经得到提升,但它们的机械性能也不可忽视。如果你拉伸或者弯曲它们时,活动层就会出现破裂,导致它们失效。改善它们这种易损特性的方法之一就是找到天生就非常柔软的聚合物或者其他有机半导体。”

但该研究团队并未从上述方法入手,而是另辟蹊径。

“我们使用了一种应用了20多年的成熟材料来黏合它们,同时还要找到合适的方式来提升它们的机械性能。”Verduzco博士和他的同事将半导体聚合物与硫基硫醇烯试剂混合在一起。这些试剂分子与聚合物混合并且彼此交叉,从而获得了柔韧性。

这个过程并不简单,因为硫醇烯太少会让聚合物容易在压力下破裂,太多又会抑制聚合物的能效。Verduzco博士称:“如果我们使用这种结构取代50%的活动板层,有机太阳能电池板的重量将降低50%,但是它产生的电流会减弱。因此我们仍需要确定多少硫醇烯才能防止破裂,以及不影响其性能的最大混合比例。”

实验中,研究团队发现,硫醇烯含量在20%左右时,有机太阳能电池不仅保留了它们的能效而且获得了柔韧性。Verduzco博士说:“纯有机材料在拉伸6%左右时就会开始破裂,但是当增加10%的硫醇烯时,其拉伸长度可以从6%增加到14%。而这大约20%的添加本质上不会造成电流损失,这似乎就是最佳配比。”


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