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新型有機太陽能電池問世
時間:2019-01-09 09:07來源:中國科學(xué)報 作者:邱成剛
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日前，美國萊斯大學(xué)、休斯敦社區(qū)大學(xué)和布魯克海文國家實驗室的科學(xué)家團隊已經(jīng)研發(fā)出一種柔軟的有機太陽能光電板，這種太陽能板能夠在電量十分匱乏的地區(qū)發(fā)揮巨大作用。相關(guān)研究已經(jīng)發(fā)表在《材料化學(xué)》雜志上。
有機太陽能電池借助的是聚合物等碳基材料來捕獲陽光并轉(zhuǎn)換成電流。與有機材料相對的就是硅等堅硬的無機材料，但是有機物具有纖薄、重量輕、半透明和廉價的特點。目前流行的硅基太陽能電池的能效大約為22%，有機太陽能電池的極限能效為15%左右。
團隊負(fù)責(zé)人、萊斯大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系兼材料科學(xué)與納米工程系研究員Rafael Verduzco博士稱：“這些裝置的能效已經(jīng)得到提升，但它們的機械性能也不可忽視。如果你拉伸或者彎曲它們時，活動層就會出現(xiàn)破裂，導(dǎo)致它們失效。改善它們這種易損特性的方法之一就是找到天生就非常柔軟的聚合物或者其他有機半導(dǎo)體。”
但該研究團隊并未從上述方法入手，而是另辟蹊徑。
“我們使用了一種應(yīng)用了20多年的成熟材料來黏合它們，同時還要找到合適的方式來提升它們的機械性能。”Verduzco博士和他的同事將半導(dǎo)體聚合物與硫基硫醇烯試劑混合在一起。這些試劑分子與聚合物混合并且彼此交叉，從而獲得了柔韌性。
這個過程并不簡單，因為硫醇烯太少會讓聚合物容易在壓力下破裂，太多又會抑制聚合物的能效。Verduzco博士稱：“如果我們使用這種結(jié)構(gòu)取代50%的活動板層，有機太陽能電池板的重量將降低50%，但是它產(chǎn)生的電流會減弱。因此我們?nèi)孕枰_定多少硫醇烯才能防止破裂，以及不影響其性能的最大混合比例。”
實驗中，研究團隊發(fā)現(xiàn)，硫醇烯含量在20%左右時，有機太陽能電池不僅保留了它們的能效而且獲得了柔韌性。Verduzco博士說：“純有機材料在拉伸6%左右時就會開始破裂，但是當(dāng)增加10%的硫醇烯時，其拉伸長度可以從6%增加到14%。而這大約20%的添加本質(zhì)上不會造成電流損失，這似乎就是最佳配比。”
(責(zé)任編輯：子蕊)
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有機太陽能電池
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