新型聚合物太阳能电池提高效率

旨在开发新型聚合物太阳能电池（称为PID2）的研究有望为太阳能电池效率的显着提高做出贡献。

这项研究最初是在去年9月报道的，该研究是在芝加哥大学化学系，分子工程研究所和阿贡国家实验室之间进行的。

即使承诺提高整体效率，“该领域还很不成熟-处于起步阶段，”领导芝加哥大学小组进行这项研究的分子工程学院化学教授，研究员卢平（Luping Yu）说。

这种聚合物太阳能电池由一种称为PID2的新聚合物组成，该聚合物是在芝加哥大学化学教授于平（Luping Yu）的实验室中开发的。当添加到标准聚合物-富勒烯混合物中时，这种新聚合物可将发电效率提高15％。信用：安德鲁·内莱斯

新型聚合物是一种大分子，可形成塑料和其他熟悉的材料。这种聚合物使电荷更容易在整个电池中移动，从而提高了发电量-这种装置从未展示过这种机理。

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“ PID2的加入最终导致聚合物共混物形成纤维，从而改善了整个材料中电子的迁移率。研究人员说，这些纤维充当了一条途径，允许电子传播到太阳能电池侧面的电极。

“团队正在继续研究，力求更高的效率。他们说，达到10％将使聚合物太阳能电池能够用于商业应用。”

由聚合物制成的太阳能电池由于其吸引人的性能而成为研究的热门话题。但是研究人员仍在努力用这些材料有效地产生电能。

这种太阳能电池的活性区域由聚合物的混合物组成，当暴露于光时，该聚合物的混合物提供和接收电子以产生电流。Yu小组开发的新型聚合物称为PID2，将其添加到标准聚合物-富勒烯混合物中后，可使发电效率提高15％。

卢说：“富勒烯是一种小碳分子，是聚合物太阳能电池中使用的标准材料之一。”“基本上，在聚合物太阳能电池中，我们有一种聚合物作为电子供体，而富勒烯作为电子受体，可以进行电荷分离。”在他们的工作中，UChicago-Argonne研究人员在设备中添加了另一种聚合物，从而使太阳能电池具有两种聚合物和一种富勒烯。

虽然该小组报告说添加PID2时的效率为8.2％，但结果表明，进一步的工作可能会提高效率。将效率提高到10％代表了聚合物太阳能电池在商业应用中可行所需的基准。

值得注意的是，研究小组发现，当添加PID2时，电荷在聚合物之间以及整个电池中更容易运输。

为了使太阳能电池产生电流，电子必须在器件内从聚合物转移到富勒烯。但是，标准聚合物富勒烯的电子能级之间的差异足够大，以至于它们之间的电子转移很困难。PID2具有介于其他两个之间的能级，并在此过程中充当中介。

为了揭示这种结构，阿贡国家实验室材料科学系的魏晨和分子工程研究所使用阿贡国家实验室的高级光子源和劳伦斯伯克利国家实验室的高级光源进行了X射线散射研究。

于说，“没有结构的深入了解就很难了。”他说，与阿贡的合作对这项工作“至关重要”。他说：“这使我们受益匪浅。”

Chen指出：“这些团队一起工作，代表了最好的材料以及最好的专业知识和工具的汇聚，用以研究它们，以取得超越独立努力所能实现的进步。”

陈说：“这些知识将成为开发高效有机光伏器件以满足国家未来能源需求的基础。”

照片来源：来自安德鲁·内莱斯（Andrew Nelles）通过芝加哥大学的太阳能电池图像