由聚合物制成的太阳能电池具有低成本和轻便的潜力，但是科学家正在努力使其高效发电。

聚合物是一种形成塑料和其他常见材料的大分子。

芝加哥大学的化学教授余羽平说：“这个领域还不成熟，现在还处于起步阶段。”

现在，由Yu领导的一个研究小组发现了一种新的聚合物，可以使电荷更容易地通过电池，从而提高电力生产。

“聚合物太阳能电池具有提供低成本，轻便和灵活的电子设备来收获太阳能的巨大潜力，”化学研究生Luyao Lu和“期刊”论文的主要作者 自然光子学“ 描述结果。

这种太阳能电池的有源区域由聚合物的混合物组成，当暴露于光线时，该聚合物产生和接收电子以产生电流。 余氏集团开发的新型聚合物PID2，在添加到标准聚合物 - 富勒烯混合物中时，通过15％提高了发电效率。

“富勒烯是一种小分子碳，是聚合物太阳能电池中使用的标准材料之一，”Lu说。 “基本上，在聚合物太阳能电池中，我们有一个聚合物作为电子供体，而富勒烯作为电子受体允许电荷分离。

在他们的工作中，研究人员将另一种聚合物添加到装置中，产生具有两种聚合物和一种富勒烯的太阳能电池。

8.2百分比效率

当添加了最佳量的PID8.2时，该组达到了2的效率，这是有机聚合物与富勒烯两种聚合物组成的太阳能电池的最高值，结果意味着进一步的工作可能会有更高的效率。

包括阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）研究人员在内的该组织目前正致力于提高10的效率，这是聚合物太阳能电池在商业应用中可行的基准。

Yu指出，这不仅是因为技术能力的提高，而且还因为PID2通过一种新方法提高了效率。 用第三种聚合物改善效率的标准机制是通过增加装置中光的吸收。

如何操作

但除此之外，研究小组还发现，当添加PID2时，电荷更容易在聚合物和整个电池之间传输。

为了由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，以致它们之间的电子转移是困难的。 PID2在另外两个之间具有能量级别，并在此过程中充当中介。

“这就像一个步骤，”余说。 “如果太高，爬起来很难，但如果你把中间放在另一个中间，那么你可以轻松地走上前去。”

PID2的添加导致聚合物共混物形成纤维，这改善了电子在整个材料中的流动性。 纤维用作允许电子行进到太阳能电池侧面的电极的路径。

Yu解释说：“就好像你正在生成一条街道，沿街旅行的人可以找到一条从这条路走到另一条路的路。

为了揭示这种结构，阿贡国家实验室材料科学部和分子工程研究所的Wei Chen利用阿贡高级光子源和劳伦斯伯克利高级光源进行了X射线散射研究。

Yu说：“如果没有这些，就很难了解这个结构。 “这对我们非常有利。”

Chen补充说：“这一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。

Sumber: University of Chicago
原始研究

关于作者

Emily Conover是一位科学作家，在物理学和天文学方面拥有丰富的专业知识。 她为芝加哥大学新闻办公室和她自己的个人科学博客Weak Interactions撰稿，可用于自由科学或技术写作。

披露声明：美国国家科学基金会，美国空军科学研究办公室和美国能源部资助了这项研究。

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