美研制新共聚物太陽能電池 有望開啟研究新領(lǐng)域

    鋰電世界  據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月29日?qǐng)?bào)道，美國(guó)萊斯大學(xué)的化學(xué)工程師拉斐爾·維爾杜茲寇和賓夕法尼亞州立大學(xué)的化學(xué)工程師安立奎·戈麥斯領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，研制出了一款基于大塊共聚物(能自我組裝的有機(jī)材料可以自主形成不同的層)的太陽能電池，盡管新電池的光電轉(zhuǎn)化效率僅為3%，但仍然高于其他用聚合物作為活性材料的電池。研究人員表示，這種新形式的電池有望開啟太陽能設(shè)備研究的新領(lǐng)域。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期的《納米快報(bào)》雜志上。

    維爾杜茲寇表示，盡管目前商用的硅基太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了20%。目前實(shí)驗(yàn)室得到的最高轉(zhuǎn)化率為25%，但自上世紀(jì)80年代中期開始，就有科學(xué)家一直在潛心開發(fā)以聚合物為基礎(chǔ)的太陽能電池，這種電池有望大幅降低太陽能的利用成本，不過，研究的成效甚微。后來，聚合物/聚富勒烯混合制成的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了10%，但聚富勒烯這種材料本身很難對(duì)付。

    維爾杜茲寇解釋道：“理論上，大塊共聚物在有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域極富應(yīng)用潛力，但目前很少有人用大塊共聚物制造出高性能的光伏設(shè)備。我們相信，一旦我們制造出正確的物質(zhì)并在合適的條件下將其組裝，就可以獲得性能極高的太陽能電池。”

    萊斯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，一種大塊共聚物——P3HT-b-PFTBT可以分成16納米寬的帶。更讓研究人員感興趣的是，這種聚合物天生容易形成垂直于玻璃的帶。科學(xué)家們?cè)?65攝氏度下，在一個(gè)玻璃/銦錫氧化物(ITO)表面制造出了這種共聚物。他們將這種共聚物放在賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員制造的設(shè)備的一端，再將一層鋁放在設(shè)備的另一端，這樣，共聚物帶就從頂部延伸到底部電極并為電子提供了一條明晰的流動(dòng)路徑。

    研究人員接下來打算用其他大塊共聚物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并了解如何控制其結(jié)構(gòu)以增加太陽能捕獲光子并將其變成電力的能力。但目前，他們會(huì)專注于提高新式太陽能電池的性能，因?yàn)橹挥羞@樣，他們才能解決包括穩(wěn)定性在內(nèi)的其他挑戰(zhàn)。

    維爾杜茲寇指出：“對(duì)一塊太陽能電池進(jìn)行封裝以保護(hù)它不受空氣和水的侵襲很容易，但要保護(hù)它免受紫外線的傷害很難，因?yàn)槟惚仨殞⑵浔┞对谔柟庀拢@一點(diǎn)無法避免。”

    研究人員表示，一旦提高這種共聚物太陽能電池的性能，他們就會(huì)為其尋找長(zhǎng)期的用武之地。