为嵌段共聚物太阳能电池奠定了基础

由Rice化学工程师RafaelVerduzco和PennState化学工程师EnriqueGomez领导的项目中创建的光伏器件基于嵌段共聚物，自组装有机材料，将自身排列成不同的层。它们比聚合物化合物作为活性元素容易胜过其他细胞。

这一发现在美国化学学会期刊NanoLetters上有详细介绍。

Verduzco表示，虽然商业上的硅基太阳能电池将大约20%的阳光转化为电能，而实验装置的电池大约占25%，但对聚合物电池的研究暗流可以大大降低太阳能的成本。Rice/PennState细胞的效率达到约3%，但这比使用高分子化合物的其他实验室要好得多。

“你需要在太阳能电池中使用两个组件：一个用于携带(负)电子，另一个用于携带正电荷，”Verduzco说。能量输入-阳光-促使两者之间的不平衡产生有用的电流。

Verduzco说，自20世纪80年代中期以来，研究人员已经尝试堆叠或混合聚合物成分，但收效甚微。他说，后来的聚合物/富勒烯混合物效率高达10%，但富勒烯-在这种情况下，增强的C-60巴基球-很难配合使用。

莱斯实验室发现了一种嵌段共聚物--P3HT-b-PFTBT--分离成约16纳米宽的带。研究人员更感兴趣的是聚合物形成垂直于玻璃的带的自然趋势。共聚物在玻璃/氧化铟锡(ITO)顶层存在下在适度的165摄氏度下产生。

在宾夕法尼亚州立大学团队构建的设备的另一侧有一层铝，聚合物带从顶部到底部电极伸展，为电子提供了清晰的电子流动路径。

“在纸面上，嵌段共聚物是有机太阳能电池的优秀候选材料，但没有人能够使用嵌段共聚物获得非常好的光伏性能，”Verduzco说。“我们并没有放弃嵌段共聚物的概念，因为之前测试的这些类型的太阳能电池实际上只有少数。我们认为如果我们设计合适的材料并制造太阳能电池，使用嵌段共聚物可以获得良好的性能。在合适的条件下。“

他说，神秘感仍然存在。“目前尚不清楚为什么共聚物会垂直于电极组织，”他说。“我们的假设是两种聚合物都希望与涂有ITO的玻璃接触。我们认为这会导致这种取向，尽管我们还没有证明这一点。”

他说，研究人员希望尝试其他嵌段共聚物并学会控制其结构，以提高太阳能电池捕获光子并将其转化为电能的能力。一旦他们从细胞中获得更高的性能，该团队将考虑长期使用。

“我们将首先关注性能，因为如果我们无法达到足够高的性能，就没有理由解决其他一些挑战，例如稳定性，”Verduzco说。他说，封装太阳能电池以保持空气和水不会降解太阳能电池是很容易的，但是随着时间的推移保护它免受紫外线降解是很困难的。“你必须将它暴露在阳光下。这是你无法避免的。”

该论文的共同作者是赖斯研究生Yen-HaoLin和KendallSmith;宾州州立大学研究生ChangheGuo和本科生MatthewWitman;阿贡国家实验室研究员JosephStrzalka;劳伦斯伯克利国家实验室博士后研究员程望和工作人员科学家亚历山大·赫克默尔;和恩里克戈麦斯，宾夕法尼亚州立大学化学工程系助理教授。Verduzco是化学和生物分子工程的助理教授。

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