新的薄膜太阳能电池研究发现更绿色的制造替代方案

最初发表在《太阳之恋》上。

俗话说，没有免费的午餐。无论是化石燃料还是可再生能源，如果没有某种形式的影响，您就无法产生可用的能源，而大众“清洁柴油”丑闻提供了充足的证据，证明化石燃料的技术解决方案已达到极限。相比之下，美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）进行的一项新的“绿色”薄膜太阳能电池研究表明，太阳能有足够的摆动空间来赢得清洁的信誉。

薄膜太阳能电池的不清洁之处

尽管太阳能是可再生的，但创造收获能量所需的商品涉及从采矿到制造业的整个供应链的影响。

我们一直在将大量墨水泼洒到薄膜太阳能电池上，部分原因是，尽管它们的太阳能转换效率无法达到传统的硅太阳能电池，但它们涉及高效的制造工艺，可降低成本并有助于减少生命周期影响。引起我们注意（我们的坏处）的是，典型的薄膜太阳能电池制造过程涉及溶剂，这些溶剂通常是有毒的。

绿色薄膜太阳能电池之路

好吧，你们所有美国纳税人的团体拥抱。橡树岭国家实验室（ORNL）进行的新的薄膜太阳能电池研究表明，该行业可以摆脱对有毒溶剂的依赖，而转向一种环境友好的，称为清洁剂的表面活性剂，称为表面活性剂。

如果您愿意的话，可以在期刊名称《 Nanoscale》中找到标题为“控制溶液状态共轭聚合物中的分子顺序”的研究。

如ORNL所述，在制造常规薄膜太阳能电池时，有毒溶剂会被部署到聚合物的分子（对塑料而言是幻想的）中，从而形成纳米级薄膜。那比您的头发还要细1,000倍，对于那些在家中保持得分的人来说。

为了提出一种无毒的替代品，ORNL团队设计了一种独特的新型聚合物，该聚合物具有拒水的“主链”和引水的侧链。

下一步是将量身定制的聚合物放入无毒表面活性剂溶液中。与新聚合物一样，表面活性剂也具有拒水（疏水）和吸水（亲水）端基。

当研究团队调整溶液的温度和浓度时，发生了这种情况：

“……表面活性剂会自动组装成不同的模板，从而引导聚合物堆积成不同的纳米级形状（六边形，球形胶束和薄片）。”

换句话说，表面活性剂将自己排列在一系列决定聚合物形状的微小印章上（类似于纳米级曲奇刀）。

研究小组的共同负责人朱家华对这项发现充满热情：

“在光电子学和纳米技术领域，长期以来需要合理编码分子相互作用以控制共轭聚合物溶液中的分子几何形状和分子间堆积顺序……”

朱进一步指出，该团队之所以能够准确地确认其发现，是因为研究人员在现场测量了表面活性剂的效果（意为“就地”），而不是隔离材料或改变测试方法。

另一组拥抱绿色薄膜太阳能电池

准确的原位测量可能非常困难-考虑一下鳗鱼游泳时测量其长度与将其钉在板上的区别。

为了完成微妙的纳米级任务，ORNL团队设计了一个测试室，可以在表面活性剂忙于工作时使用光学探针。

因此，另一个团体为我们纳税人拥抱。该研究小组基于ORNL的散裂中子源，其作用是：

“ SNS是一种独一无二的研究设施，可为科学研究和工业发展提供世界上最强的脉冲中子束。SNS用基于加速器的系统生产中子，该系统将短（微秒）质子脉冲传递到目标/减速器系统，在该系统中，中子是通过剥落过程产生的。”

那只是初学者。除了剥落，还有氘，这是一种将重原子沉积到聚合物中的方法。这样可以更轻松地挑选出对比度，从而有助于准确地定义从解决方案到实体的结构随时间的变化。

除了定义结构外，测试室还使研究人员能够在暴露于不同条件（包括溶剂类型以及温度，压力和湿度）的情况下实时监视材料的变化状态。

请勿耗尽Home Depot来获得更环保的薄膜太阳能电池。到目前为止，研究团队已经在不断升高的温度下测试了新的无毒自组装方法。下一步是进行压力测试等。

对于所谓的“清洁柴油”，似乎可以将其与“清洁煤”归为一类。

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图片：Youngkyu Han和Renee Manning通过橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）撰写的“表面活性剂模板指导功能性聚合物结构在水溶液中的自组装”。

经许可转载。