溶剂混合物如何影响有机太阳能电池结构

2018-12-28 09:36:21
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据包括北卡罗来纳州立大学物理学家在内的一组研究人员称,控制聚合物太阳能电池中受体和供体层或太阳能电池域之间的“混合”可以提高其效率。他们的研究结果揭示了这些太阳能电池的内部工作原理,并可能进一步提高效率。

基于聚合物的太阳能电池由两个域组成,称为受体和供体层。激子,由太阳能电池产生的能量粒子,必须能够快速行进到供体和受体域的界面,以便被利用作为能源。研究人员认为,尽可能保持供体和受体层纯度是确保激子可以不受阻碍地行进的最佳方法,这样太阳能电池就能捕获最大量的能量。

北卡罗来纳州物理学家Harald Ade和他的团队与来自英国,澳大利亚和中国的科学家团队合作,研究物理结构并改善聚合物基太阳能电池的生产。本月在线发表在Advanced Energy Materials and Advanced Materials上的两篇独立论文发表的研究结果显示,两个领域的某些混合可能并不是一件坏事。事实上,如果混合畴的形态或结构很小,太阳能电池仍然可以非常有效。

根据Ade的说法,“我们之前发现这些太阳能电池中的区域并不纯净。因此,我们研究了添加剂如何影响这些电池的生产。当您制造电池时,溶剂和添加剂的相对蒸发速率确定活性层的形成方式以及供体和受体的混合方式。理想情况下,您希望溶剂充分缓慢蒸发,以便材料有时间分离 - 否则这些层会“胶粘”并降低电池的效率。我们使用添加剂这减缓了蒸发。这控制了活性层的混合和区域尺寸,混合的部分很小。“

这些混合层的效率非常好,导致推测供体和受体的某些混合可能不是问题,只要域很小即可。

“我们在这里寻找完美的混合物,包括我们可能用于制造聚合物基太阳能电池的溶剂和添加剂,以及域的物理混合以及可能影响效率的方式。”阿德说。

该研究由美国能源部资助。Ade是Advanced Energy Materials论文的通讯作者,博士后Brian Collins,John Tumbleston和研究生Eliot Gann为这项工作做出了贡献。剑桥大学的李哲博士和澳大利亚莫纳什大学的克里斯托弗麦克尼尔也做出了贡献。Ade是高级材料论文的撰稿人,该论文由Ade的博士马伟和北京中国科学院的何建辉教授共同撰写。

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