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改變聚合物結(jié)構(gòu)可提高太陽(yáng)能電池效率

   2013-08-20 科技日?qǐng)?bào)
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核心提示:據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn),改變聚合物的結(jié)構(gòu),有望顯著提高由其制成的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率,最新研究將有

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn),改變聚合物的結(jié)構(gòu),有望顯著提高由其制成的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率,最新研究將有助于科學(xué)家研制出轉(zhuǎn)化效率更高的有機(jī)(或無(wú)機(jī))聚合物太陽(yáng)能電池。

基于有機(jī)聚合物的太陽(yáng)能電池非常重要,因?yàn)榕c傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池中使用的聚合物相比,有機(jī)聚合物便宜且容易處理。然而,迄今為止,轉(zhuǎn)化效率最高的聚合物太陽(yáng)能電池都還無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)用所需。

不過(guò),現(xiàn)在,日本理化學(xué)研究所(RIKEN)新興材料科學(xué)研究中心新興分子功能研究小組的大阪至(音譯)和同事偶然發(fā)現(xiàn),聚合物結(jié)構(gòu)的小小變化能改變聚合物鏈的結(jié)合狀態(tài),從而極大地提高太陽(yáng)能電池的效率。

當(dāng)光能被聚合物太陽(yáng)能電池中的聚合物吸收時(shí),電子會(huì)被激發(fā)到更高的能態(tài)以產(chǎn)生高能電子和一個(gè)相對(duì)應(yīng)的電子“空穴”。為了將光能轉(zhuǎn)化為電流,這些電子和空穴必須通過(guò)聚合物到達(dá)電極,然后再結(jié)合,但這個(gè)過(guò)程會(huì)損失很多能量。很多科學(xué)家們正在進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn),希望能對(duì)這一轉(zhuǎn)化過(guò)程做出改進(jìn)。

大阪至和同事使用了一種特殊類(lèi)型的共聚物進(jìn)行試驗(yàn),這一共聚物中含有一個(gè)重復(fù)的名為PNNT-DT的結(jié)構(gòu),大阪至解釋道:“PNNT-DT很難溶于水,因此,我們希望通過(guò)朝其上額外添加烷基側(cè)鏈?zhǔn)蛊渥兊酶菀滋幚怼?rdquo;就像他們所預(yù)想的那樣,這種改變大大提高了這種聚合物的可溶性,但“無(wú)心插柳柳成蔭”,這種改變也大大提高了用這種聚合物制成的太陽(yáng)能電池的能源轉(zhuǎn)化效率。

這種聚合物被當(dāng)成薄膜置于太陽(yáng)能電池內(nèi),分析表明,這些新的“烷基化”聚合物鏈會(huì)平鋪在電池表面而非與表面垂直,從而使得載荷子——電子和空穴與表面垂直而非平行移動(dòng),由此,提高了能源轉(zhuǎn)化效率。大阪至說(shuō):“這種結(jié)構(gòu)和方向上的變化讓太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率從沒(méi)有烷基化時(shí)的5.5%提高到了現(xiàn)在的8.2%。”

大阪至和同事希望,接下來(lái)使用別的聚合物進(jìn)行類(lèi)似的實(shí)驗(yàn),最終制造出光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)15%以上的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池或效率更高的無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池。他說(shuō):“我們需要更好地理解為什么聚合物的方位會(huì)出現(xiàn)這種變化,接下來(lái),我們需要在別的能吸收更多可見(jiàn)光的聚合物上進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)。”



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