新式嵌段共聚物太陽能電池問世

據(jù)報道，美國萊斯大學(xué)的化學(xué)工程師拉斐爾·維爾杜茲寇和賓夕法尼亞州立大學(xué)的化學(xué)工程師安立奎·戈麥斯領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊，研制出了一款基于嵌段共聚物（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，盡管新電池的光電轉(zhuǎn)化效率僅為3%，但仍然高于其他用聚合物作為活性材料的電池。研究人員表示，這種新形式的電池有望開啟太陽能設(shè)備研究的新領(lǐng)域。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期的《納米快報》雜志上。

維爾杜茲寇表示，盡管目前商用的硅基太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了20%。目前實驗室得到的最高轉(zhuǎn)化率為25%，但自上世紀(jì)80年代中期開始，就有科學(xué)家一直在潛心開發(fā)以聚合物為基礎(chǔ)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。后來，聚合物/聚富勒烯混合制成的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)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，嵌段共聚物在有機太陽能電池領(lǐng)域極富應(yīng)用潛力，但目前很少有人用嵌段共聚物制造出高性能的光伏設(shè)備。我們相信，一旦我們制造出正確的物質(zhì)并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(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，一種嵌段共聚物——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于玻璃的帶?？茖W(xué)家們在165攝氏度下，在一個玻璃/銦錫氧化物（ITO）表面制造出了這種共聚物。他們將這種共聚物放在賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員制造的設(shè)備的一端，再將一層鋁放在設(shè)備的另一端，這樣，共聚物帶就從頂部延伸到底部電極并為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嵌段共聚物進(jìn)行實驗，并了解如何控制其結(jié)構(gòu)以增加太陽能捕獲光子并將其變成電力的能力。但目前，他們會專注于提高新式太陽能電池的性能，因為只有這樣，他們才能解決包括穩(wěn)定性在內(nèi)的其他挑戰(zhàn)。

維爾杜茲寇指出：“對一塊太陽能電池進(jìn)行封裝以保護(hù)它不受空氣和水的侵襲很容易，但要保護(hù)它免受紫外線的傷害很難，因為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，他們就會為其尋找長期的用武之地。