由聚合物製成的太陽能電池具有廉價和輕便的潛力，但科學家正在努力使它們有效地發電。
聚合物是一種形成塑料和其他熟悉材料的大分子。
“這個領域是很不成熟的，它在起步階段，”路平玉，在芝加哥大學的化學教授。
現在由Yu領導的一個研究小組發現了一種新的聚合物，它可以讓電荷更容易地通過電池，從而促進電力生產。
“聚合物太陽能電池具有巨大的潛力，可以提供低成本，輕便，靈活的電子設備來收穫太陽能，”Luyao Lu說，他是化學研究生，也是期刊論文的第一作者。 自然光子學“ 描述結果。
這種太陽能電池的有源區由聚合物的混合物組成，這些聚合物在暴露於光時產生和接收電子以產生電流。 由Yu公司開發的新型聚合物，稱為PID2，當添加到標準聚合物 - 富勒烯混合物中時，可以通過15百分比提高發電效率。
“富勒烯，一種小碳分子，是聚合物太陽能電池中使用的標準材料之一，”Lu說。 “基本上，在聚合物太陽能電池中，我們使用聚合物作為電子供體，富勒烯作為電子受體，以實現電荷分離。”
在他們的工作中，研究人員在設備中添加了另一種聚合物，從而產生了具有兩種聚合物和一種富勒烯的太陽能電池。
8.2百分比效率
當添加最佳量的PID8.2時，該組實現了2百分比的效率 - 這是由富勒烯兩種類型的聚合物組成的太陽能電池的最高值 - 結果意味著通過進一步的工作可以實現更高的效率。
該組織包括阿貢國家實驗室的研究人員，目前正在努力提高10百分比的效率，這是聚合物太陽能電池在商業應用中可行的基準。
Yu指出，結果非常顯著，不僅因為技術能力的提高，而且因為PID2通過一種新方法提高了效率。 用第三聚合物提高效率的標準機制是增加裝置中光的吸收。
如何操作
但除此之外，該團隊還發現，當添加PID2時，聚合物和整個電池之間的電荷更容易傳輸。
為了使由太陽能電池中產生的電流，電子必須從聚合物被轉移到裝置內富勒烯。 但對於標準聚合物 - 富勒烯電子能級之間的差足夠大他們之間的電子轉移是困難的。 PID2具有在其他兩個之間的能量水平，並作為在此過程中的中介。
“這就像邁出了一步，”餘說。 “當它太高時，很難爬起來，但如果你把中間放在另一個步驟，那麼你可以輕鬆地走上去。”
添加PID2使聚合物共混物形成纖維，從而改善整個材料中電子的遷移率。 纖維用作允許電子行進到太陽能電池側面上的電極的通路。
“這就像你正在建造一條街道，而在街上旅行的人可以找到從這一端到另一端的方式，”Yu解釋道。
為了揭示這種結構，阿貢國家實驗室材料科學部的魏晨和分子工程研究所利用阿貢的高級光子源和勞倫斯伯克利的先進光源進行了X射線散射研究。
“如果沒有它，就很難了解結構，”Yu說。 “這對我們有很大的好處。”
“這些知識將成為開發高效有機光伏器件以滿足國家未來能源需求的基礎，”Chen補充說。
關於作者
Emily Conover是一位具有物理學和天文學專業知識的科學作家。 她為芝加哥大學新聞辦公室和她自己的個人科學博客Weak Interactions撰稿，並且可以自由科學或技術寫作。
披露聲明：國家科學基金會，空軍科學研究辦公室和美國能源部資助了這項研究。
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