2019-09-11 18:32:01
发现挑战了有机太阳能电池设计的公认规则

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使用有机分子混合物吸收太阳光并将其转化为电能的太阳能电池,可以应用于弯曲的表面,如汽车车身,这可能是一个接近的步骤,这要归功于一项挑战传统思考关键之一的发现这些设备的组件。

基本有机太阳能电池由夹在两个电极之间的有机半导体薄膜组成,其将有机半导体层中产生的电荷提取到外部电路。长期以来,人们一直认为每个电极的100%表面应该是导电的,以最大化电荷提取的效率。

华威大学的科学家们发现,有机太阳能电池中的电极实际上只需要1%的表面积来导电即可完全有效,这为在电极之间的界面处使用一系列复合材料打开了大门。和光采集有机半导体层,以提高器件性能和降低成本。今天(9月11日)发表的这一发现在Advanced Functional Materials中有报道。

学术负责人,大学化学系的Ross Hatton博士说:“人们普遍认为,如果你想优化有机太阳能电池的性能,你需要最大化电极和有机半导体之间界面的面积。我们问这是否真的如此。“

研究人员开发出一种模型电极,可以系统地改变其表面积,并发现当其表面多达99%是电绝缘时,电极的表现仍然与100%的表面导电一样好,前提是导电地区不是太远了。

高性能有机太阳能电池在电极和光捕获有机半导体层之间的界面处具有额外的透明层,这对于优化器件中的光分布和改善其稳定性是必要的,但是还必须能够向电极传导电荷。这是一项很高的订单,并没有很多材料满足所有这些要求。

Leverhulme Trust资助项目的博士后研究员Dinesha Dabera博士解释说:“这一新发现意味着绝缘体和导电纳米粒子的复合材料,如碳纳米管,石墨烯碎片或金属纳米粒子,可能具有很大的潜力用于此目的,提供增强的设备性能或更低的成本。

“有机太阳能电池非常接近商业化,但它们尚未完全存在,所以任何可以让你进一步降低成本,同时提高性能的东西也将有助于实现这一目标。”

哈顿博士将于本周在英国科学节上接受英国青年气候联盟的Serena Bashal采访时解释说:“我们所做的是展示这种太阳能电池的设计规则,设备中材料选择的可能性更大,因此有助于实现商业化。“

有机太阳能电池可能非常环保,因为它们不含有毒元素,并且可以使用卷对卷沉积在低温下加工,因此可以具有极低的碳足迹和短的能量回收时间。

哈顿博士解释说:“对太阳能电池的需求快速增长,这种太阳能电池可以支撑在轻质和可调色的柔性基板上。传统的硅太阳能电池非常适合太阳能农场和建筑物屋顶的大规模发电但是它们与电动汽车的需求以及与建筑物的窗户相融合的能力很差,而这些建筑物不再是小众应用。有机太阳能电池可以坐在弯曲的表面上,非常轻巧,低调。

“这一发现可能有助于使这些新型柔性太阳能电池更快地成为商业现实,因为它将使这类太阳能电池的设计者能够在他们可以使用的材料中获得更多选择。”

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