斯坦福團隊討論有機光伏鋰電池研討的思想轉型

有機光伏鋰電池一直被譽為剛性硅制太陽能電池板的輕便低成本替代品。近年，有機光伏電池的變換功率得到大幅進步，不過，有機光伏電池終究如何將太陽光變換為電力——這仍是一個處于“激辯”中的問題。

現在，美國斯坦福大學（Stanford University）研討小組參加到這個話題中。該研討團隊于2017年8月17日在《天然資料雜志（journal Nature Materials）》上披露，原先認可的作業原理并不正確，應該將思想精力會集在資料規劃上，以此進步有機電池的功能。

斯坦福大學資料科學與工程學院教授（論文作者之一）Michael McGehee表明：“我們都知道，有機光伏電池功能拔尖。現在的問題是，它們為何如此出類拔萃？——答案依然具有爭議性。”

傳統有機太陽能電池由塑料聚合物及其它柔性資料制造的兩個半導體層組成。經過吸收光子（光的粒子），電池生產出電力。

當電池將光線吸入，光子在聚合物原子活動，令其溢出電子，留傳下一個空泛——科學家們稱之為“空穴”。空穴與電子迅速形成“激子”（激起性電子）的結合體。隨后，激子割裂，獨立移向另一個光子發明出來的空穴中。激子這類從一個空穴移向另一個空穴的繼續行動發生電流。

在這份論文中，斯坦福團隊處理了爭辯已久的一個問題——終究何種原因導致激子割裂。

斯坦福大學資料科學與工程系副教授Alberto Salleo宣稱：“要發生電流，就必須將激子與空穴分隔——這就需求兩個類型各異的半導體資料。倘若比較于資料A，資料B對激子的吸引力更大，那么激子就會游向資料B。理論上，即便掉入某個資料，激子仍與空穴綁定。”

“然而，這個長年累月的爭辯焦點就在于這種綁定的狀況如何進行割裂？”

熱心似火

一種被科學家們廣為承受的解說為“熱激子效應”理論。該理論以為，從資料A掉入資料B之時，電子攜帶了額定的能量——該額定能量賦予受激電子滿足的速度“逃離”空穴。

不過，斯坦福團隊的實驗結果并不認可這一假定。

斯坦福大學的Koen Vandewal表明，斯坦福科學家們很可能現已處理了“有機光伏電池如何將太陽光線改變為電力”這一長年累月的爭辯。問題的中心：終究是何種原因導致電子 - 空穴對（激子）別離？可能的答案：無序聚合物與有序布基球間界面的天然梯度促進激子割裂，令電子（紫色）逃離，從而發生電流。

“經過研討我們發現，熱激子效應并不存在。” Salleo表明，“從半導體資猜中，我們測量了光發射。我們發現額定能量并不需求用來割裂激子。”

那么，終究是什么力氣將電子與空穴分隔？

“我們沒有對此給出答案。”Sallo解說稱，“但我們可以給出一些提示。我們以為半導體資猜中塑料聚合物內部的無序擺放具有幫忙電子脫離的可能性。”

在近期的研討中，Salleo發現分子水平的無次序情況的確有助于進步太陽能電池半導體聚合物的功能。經過專心于塑料聚合物的內在無次序狀況，研討人員可以規劃出一種新型資料。該新型資料可以將電子從太陽能電池兩個半導體層接壤的當地“吸”出來。

“值得指出的是，有機太陽能電池接壤面處聚合物的無次序狀況更為紊亂。” Salleo解說道，“這將導致一種‘天然梯度’的現象——將電子從無序區域吸引到有序區域。”

進步功率

斯坦福研討小組表明，實驗中的光伏電池變換功率約為9%。該團隊期望規劃出可以使用有序與無序間相互作用優勢的半導體資料，進步電池功能。

“為了可以制造出功能更佳的有機太陽能電池，科學家們一直在尋覓可以激起更為‘微弱’熱激子效應的資料。” Salleo說道，“我們不應該總是偏執于揣摩電子如何在不發熱的情況下脫離——這一直是極具爭議性的。人們就光電流方面的思想應該發生根本性改變。”

注：該論文其它作者：來自斯坦福大學的Koen Vandewal（榜首作者）、Erik Hoke、 William Mateker、Jason Bloking及 George Burkhard，來自德國波茨坦大學的Steve Albrecht、Marcel Schubert 及Dieter Neher，來自德國使用光物理研討所（IAPP）的Johannes Widmer及 Moritz Riede，來自美國加州大學伯克利分校的Jessica Douglas 及Jean Frechet，來自沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的Aram Amassian，來自科羅拉多礦業大學的Alan Sellinger以及來自牛津大學的Alan Sellinger。