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據物理學家組織網5月29日報道,美國萊斯大學的化學工程師拉斐爾·維爾杜茲寇和賓夕法尼亞州立大學的化學工程師安立奎·戈麥斯領導的研究團隊,研製出了一款基於大塊共聚物(能自我組裝的有機材料可以自主形成不同的層)的太陽能電池,儘管新電池的光電轉化效率僅爲3%,但仍然高於其他用聚合物作爲活性材料的電池。研究人員表示,這種新形式的電池有望開啓太陽能設備研究的新領域。相關論文發表在最新一期的《納米快報》雜誌上。
維爾杜茲寇表示,儘管目前商用的硅基太陽能電池的光電轉化效率達到了20%。目前實驗室得到的最高轉化率爲25%,但自上世紀80年代中期開始,就有科學家一直在潛心開發以聚合物爲基礎的太陽能電池,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。後來,聚合物/聚富勒烯混合製成的太陽能電池的光電轉化效率達到了10%,但聚富勒烯這種材料本身很難對付。
維爾杜茲寇解釋道:“理論上,大塊共聚物在有機太陽能電池領域極富應用潛力,但目前很少有人用大塊共聚物製造出高性能的光伏設備。我們相信,一旦我們製造出正確的物質並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。”
萊斯大學的研究人員發現,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於玻璃的帶。科學家們在165攝氏度下,在一個玻璃/銦錫氧化物(ITO)表面製造出了這種共聚物。他們將這種共聚物放在賓夕法尼亞州立大學的研究人員製造的設備的一端,再將一層鋁放在設備的另一端,這樣,共聚物帶就從頂部延伸到底部電極併爲電子提供了一條明晰的流動路徑。
研究人員接下來打算用其他大塊共聚物進行實驗,並瞭解如何控制其結構以增加太陽能捕獲光子並將其變成電力的能力。但目前,他們會專注於提高新式太陽能電池的性能,因爲只有這樣,他們才能解決包括穩定性在內的其他挑戰。
維爾杜茲寇指出:“對一塊太陽能電池進行封裝以保護它不受空氣和水的侵襲很容易,但要保護它免受紫外線的傷害很難,因爲你必須將其暴露在太陽光下,這一點無法避免。”
研究人員表示,一旦提高這種共聚物太陽能電池的性能,他們就會爲其尋找長期的用武之地。(劉霞)
(來源:科技日報)