新聞中心

EEPW首頁 > 電源與新能源 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 雙層結(jié)構(gòu)制成高效太陽能光伏電池材料

雙層結(jié)構(gòu)制成高效太陽能光伏電池材料

作者: 時(shí)間:2012-04-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

詳細(xì)研究性能最好的有機(jī)光電,發(fā)現(xiàn)了不尋常的薄片,這有助于解釋這種的優(yōu)越性能,把陽光轉(zhuǎn)換為電能,也可引導(dǎo)合成新,帶來更好的性能。這項(xiàng)研究2012年4月24日發(fā)表在《自然middot;通訊》上,進(jìn)行研究的科學(xué)家來自布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室(BrookhavenNationalLaboratory),合作參與的研究人員來自石溪大學(xué)(StonyBrookUniversity),韓國漢城國立大學(xué)(SeoulNationalUniversity),德國馬克斯middot;普朗克聚合物研究所(MaxPlanckInstituteforPolymerResearch),以及科納卡技術(shù)公司(KonarkaTechnologies)。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/177406.htm

這種材料之所以出名,是因?yàn)槊QPCDTBT(poly(N-9-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)),這是一個例子,屬于聚咔唑共軛聚合物(polycarbazoleconjugatedpolymer),也就是一種分子,包含鏈狀碳主鏈與烷基側(cè)鏈(alkylsidechains)。它可以使電子在周圍移動,既可以發(fā)出電子,也可以吸收電子,這樣,它就成為目前使用的最好的有機(jī)光伏材料,可以把陽光轉(zhuǎn)換為電力,效率高達(dá)7.2%,用于有機(jī)光伏。

太陽能電池

PCDTBT聚合物的化學(xué),以及X射線散射幾何示意圖。(a)PCDTBT的分子。(b)這一實(shí)驗(yàn)幾何圖屬于入射廣角X射線散射幾何。來源:布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室

“事實(shí)上,盡管這種材料已被廣泛研究,但是,沒有人報(bào)道過它詳細(xì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),這種特點(diǎn)可以帶來優(yōu)越的性能,”布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家本杰明middot;奧卡(BenjaminOcko)說,他領(lǐng)導(dǎo)目前的研究。“理解為什么這種材料性能如此好,有助于科學(xué)家利用它的本質(zhì)屬性,設(shè)計(jì)新材料,進(jìn)行一系列廣泛的應(yīng)用,用于顯示器,固態(tài)照明,晶體管,也可改進(jìn),”他說。

為了探測這種分子的結(jié)構(gòu),研究小組把PCDTBT薄膜暴露于高強(qiáng)度X射線束,采用的是布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的國家同步輻射光源(NSLS:NationalSynchrotronLightSource),采用了高分辨率X射線散射技術(shù)。不同的是,以往的研究都是采用不太強(qiáng)的X射線,而這些研究揭示了高溫下形成的晶狀相(crystalline-likephase)。此外,這些模式是由衍射X射線產(chǎn)生的,它們表明,這種結(jié)構(gòu)包含共軛主鏈對(conjugatedbackbonepairs)層,這種模式顯著不同于單主鏈結(jié)構(gòu),單主鏈結(jié)構(gòu)見于迄今研究的所有其他有機(jī)光伏材料。

魯新會(XinhuiLu)是論文的第一作者,他指出,通過分析這些散射模式,他們發(fā)現(xiàn)了波動性,就沿著這些聚合物主鏈,也發(fā)現(xiàn)了鄰近主鏈中的波動如何相互轉(zhuǎn)移。進(jìn)行分子模型模擬,研究人員能夠預(yù)測,哪種聚合物主鏈配置最穩(wěn)定。

2012042516155521.jpg

PCDTBT薄膜衍射圖案,單元和特征。來源:布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室

在共軛聚合物中,主鏈提供導(dǎo)電路徑,而烷基側(cè)鏈類似簡單的油,提供加工所需的溶解度。雖然很必要,但是,這些側(cè)鏈會干擾聚合物的電氣性能。PCDTBT很新穎,科學(xué)家們說,因?yàn)樗闹饕煞质侵麈湥挥泻苌俚耐榛牧稀?ldquo;類似油和水,這種聚合物共軛主鏈對會發(fā)生相分離,離開它們的烷基側(cè)鏈,產(chǎn)生結(jié)構(gòu),”大衛(wèi)middot;基麥克(DavidGermack)說,他是論文的合著者。正是這種結(jié)構(gòu)特征帶來了材料的優(yōu)良電氣性能,這種認(rèn)識可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)新的有機(jī)材料。

“雖然我們自己有很多專業(yè)知識,熟悉化學(xué)合成和有機(jī)太陽能設(shè)備制造,但是,我們?nèi)狈ι钊氲慕Y(jié)構(gòu)表征工具,在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室就是這樣,”杰夫middot;皮特(JeffPeet)說,他是科納卡技術(shù)公司的資深科學(xué)家,這家公司領(lǐng)先開發(fā)和推廣有機(jī)太陽能。“這種類型的工具,以及在布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室與同事的合作研究,可以澄清這些材料之間的微妙差別,給予我們敏銳的洞察力,了解應(yīng)該如何設(shè)計(jì)下一代太陽能光伏電池材料。



評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉