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双层结构光伏材料能效更高

编辑: 焦旭 来源: 中国能源报 发表时间: 2012-05-14 已浏览 字号:

 

  424,美国能源部布鲁克海文国家实验室的科学家在《自然通讯》杂志上发表了一项研究。在对目前性能最好的有机光电材料进行详细分析时,发现了一种不同寻常的双层薄片结构。这一发现有助于说明该材料在将阳光转换为电能时,所表现出的优越性能,进而引导新材料的合成,以期进一步提高转换效率。参与研究的机构人员还包括:石溪大学、韩国汉城国立大学、德国马克斯·普朗克聚合物研究所,以及科纳卡技术企业的研究人员。

  这种材料的知名得益于“PCDTBT”,该物质属于聚咔唑共轭聚合物的一种,同时也是包含链状碳主链与烷基侧链的一种分子。该物质可以使电子在其周围移动,既可以发出电子,且可以吸取电子。因此,就使得该物质成为目前使用的最好的有机光伏材料。其应用于有机太阳能电池上,可以把阳光转换为电力的效率提高7.2%

  目前领导该项研究的布鲁克海文国家实验室物理学家本杰明·奥卡说:“事实上,尽管这种材料已经被广泛研究和使用,但迄今为止,还没有人详细分析过其结构特点。正是这种特点,让该材料拥有优越的性能。深入理解为什么这种材料拥有如此好的性能,可以帮助科学家进一步利用其本质属性,设计新材料更广泛的应用领域。包括显示器、固态照明、晶体管等,也可以改进太阳能电池。”

  不同于以往的研究,为了探测出这种分子的结构,研究人员把“PCDTBT”薄膜暴露在高强度X射线下,采用高分辨率X射线散射技术,使用布鲁克海文国家实验室的国家同步辐射光源(NSLS)。结果显示,该分子在高温下形成晶体状相。此外,由衍射X射线产生的模式表明,这种结构包含共轭主链对层,显著区别于当下研究的所有有机光伏材料所展现的单主链结构。

  论文第一编辑卢新辉指出,通过分析散射模式,可以发现其波动性是沿着这些聚合物主链变化,并同邻近主链中的波动相互转移。通过开展分子模型的模拟,研究人员可以预测出哪些聚合物主链的配置能达到最稳定的状态。

  在共轭聚合物中,主链提供了导电的路径,而烷基侧链类似简单的油类,提供了加工所需的溶解度。尽管溶解度是必要的,但这些侧链会干扰聚合物的电气性能。科学家们认为,“PCDTBT”的新奇之处在于,其主要成分是主链,只有很少的烷基材料。好比是油和水的关系,这种聚合物共轭主链对会分离,从其烷基侧链分离后,形成双层结构。正是这种结构特征带来了材料的优良电气性能,这种认知可以引导设计出新的有机太阳能材料。

全球领先的开发和推广有机太阳能电池的科纳卡技术企业,其资深科学家杰夫·皮特表示:“尽管美高梅官方网站掌握了化学合成和有机太阳能设备制造的专业常识,但是还缺乏可以深入到结构特性化的工具。布鲁克海文实验室拥有这种类型的工具,再加上与同行之间的合作研究,可以使美高梅官方网站明白材料之间的微妙差别,赋予美高梅官方网站敏锐的洞察力。让美高梅官方网站了解到,应该如何设计下一代的太阳能电池材料。”

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