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美研制新共聚物太阳能电池 有望开启研究新领域

维尔杜兹寇表示,尽管目前商用的硅基太阳能电池的光电转化效率达到了20%。维尔杜兹寇解释道:“理论上,大块共聚物在有机太阳能电池领域极富应用潜力,但目前很少有人用大块共聚物制造出高性能的光伏设备。

  据物理学家组织网5月29日报道,美国莱斯大学的化学工程师拉斐尔 维尔杜兹寇和宾夕法尼亚州立大学的化学工程师安立奎 戈麦斯领导的研究团队,研制出了一款基于大块共聚物(能自我组装的有机材料可以自主形成不同的层)的太阳能电池,尽管新电池的光电转化效率仅为3%,但仍然高于其他用聚合物作为活性材料的电池。研究人员表示,这种新形式的电池有望开启太阳能设备研究的新领域。相关论文发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。

  维尔杜兹寇表示,尽管目前商用的硅基太阳能电池的光电转化效率达到了20%。目前实验室得到的最高转化率为25%,但自上世纪80年代中期开始,就有科学家一直在潜心开发以聚合物为基础的太阳能电池,这种电池有望大幅降低太阳能的利用成本,不过,研究的成效甚微。后来,聚合物/聚富勒烯混合制成的太阳能电池的光电转化效率达到了10%,但聚富勒烯这种材料本身很难对付。

  维尔杜兹寇解释道:“理论上,大块共聚物在有机太阳能电池领域极富应用潜力,但目前很少有人用大块共聚物制造出高性能的光伏设备。我们相信,一旦我们制造出正确的物质并在合适的条件下将其组装,就可以获得性能极高的太阳能电池。”

  莱斯大学的研究人员发现,一种大块共聚物――P3HT-b-PFTBT可以分成16纳米宽的带。更让研究人员感兴趣的是,这种聚合物天生容易形成垂直于玻璃的带。科学家们在165摄氏度下,在一个玻璃/铟锡氧化物(ITO)表面制造出了这种共聚物。他们将这种共聚物放在宾夕法尼亚州立大学的研究人员制造的设备的一端,再将一层铝放在设备的另一端,这样,共聚物带就从顶部延伸到底部电极并为电子提供了一条明晰的流动路径。

  研究人员接下来打算用其他大块共聚物进行实验,并了解如何控制其结构以增加太阳能捕获光子并将其变成电力的能力。但目前,他们会专注于提高新式太阳能电池的性能,因为只有这样,他们才能解决包括稳定性在内的其他挑战。

  维尔杜兹寇指出:“对一块太阳能电池进行封装以保护它不受空气和水的侵袭很容易,但要保护它免受紫外线的伤害很难,因为你必须将其暴露在太阳光下,这一点无法避免。”

  研究人员表示,一旦提高这种共聚物太阳能电池的性能,他们就会为其寻找长期的用武之地。(刘霞)

  • 责任编辑:张岩

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