據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，改變聚合物的結(jié)構(gòu)，有望顯著提高由其制成的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，最新研究將有助于科學(xué)家研制出轉(zhuǎn)化效率更高的有機(jī)(或無機(jī))聚合物太陽能電池。
基于有機(jī)聚合物的太陽能電池非常重要，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的無機(jī)太陽能電池中使用的聚合物相比，有機(jī)聚合物便宜且容易處理。然而，迄今為止，轉(zhuǎn)化效率最高的聚合物太陽能電池都還無法滿足實(shí)用所需。
不過，現(xiàn)在，日本理化學(xué)研究所(RIKEN)新興材料科學(xué)研究中心新興分子功能研究小組的大阪至(音譯)和同事偶然發(fā)現(xiàn)，聚合物結(jié)構(gòu)的小小變化能改變聚合物鏈的結(jié)合狀態(tài)，從而極大地提高太陽能電池的效率。
當(dāng)光能被聚合物太陽能電池中的聚合物吸收時(shí)，電子會(huì)被激發(fā)到更高的能態(tài)以產(chǎn)生高能電子和一個(gè)相對(duì)應(yīng)的電子“空穴”。為了將光能轉(zhuǎn)化為電流，這些電子和空穴必須通過聚合物到達(dá)電極，然后再結(jié)合，但這個(gè)過程會(huì)損失很多能量。很多科學(xué)家們正在進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，希望能對(duì)這一轉(zhuǎn)化過程做出改進(jìn)。
大阪至和同事使用了一種特殊類型的共聚物進(jìn)行試驗(yàn)，這一共聚物中含有一個(gè)重復(fù)的名為PNNT-DT的結(jié)構(gòu)，大阪至解釋道：“PNNT-DT很難溶于水，因此，我們希望通過朝其上額外添加烷基側(cè)鏈?zhǔn)蛊渥兊酶菀滋幚怼?rdquo;就像他們所預(yù)想的那樣，這種改變大大提高了這種聚合物的可溶性，但“無心插柳柳成蔭”，這種改變也大大提高了用這種聚合物制成的太陽能電池的能源轉(zhuǎn)化效率。
這種聚合物被當(dāng)成薄膜置于太陽能電池內(nèi)，分析表明，這些新的“烷基化”聚合物鏈會(huì)平鋪在電池表面而非與表面垂直，從而使得載荷子——電子和空穴與表面垂直而非平行移動(dòng)，由此，提高了能源轉(zhuǎn)化效率。大阪至說：“這種結(jié)構(gòu)和方向上的變化讓太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率從沒有烷基化時(shí)的5.5%提高到了現(xiàn)在的8.2%。”
大阪至和同事希望，接下來使用別的聚合物進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)，最終制造出光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)15%以上的有機(jī)聚合物太陽能電池或效率更高的無機(jī)太陽能電池。他說：“我們需要更好地理解為什么聚合物的方位會(huì)出現(xiàn)這種變化，接下來，我們需要在別的能吸收更多可見光的聚合物上進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)。”
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