有机太阳能电池能量转换效率取得重大突破

大家好，小科来为大家解答以上问题。有机太阳能电池能量转换效率取得重大突破这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

1、由于实验中的一个意外发现，发展缓慢的有机太阳能电池产业终于迎来转机，其能量转换效率取得重大突破。

2、这个突破来自于电子在富勒烯层(俗称“巴基球”)中运动的过程。

3、密歇根大学的科学家在对有机太阳能电池架构进行实验时发现了这一点。

4、当时，研究人员在有机电池的发电层中加入了两层富勒烯分子，光子在发电层中碰撞驱动电子传输。

5、他们发现电子在富勒烯层中运动更自由，行进更远，产生了“能量阱”(技术上称为势阱)，使电子无法逃逸。

6、这些电子在富勒烯分子层中传输时，传输距离可以达到几厘米(目前的有机电池最多只能移动几百纳米)，因此可以产生更大的电流。

7、为什么这个突破如此重要？

8、众所周知，有机电池的导电性是很弱的，因为有机材料的分子之间有很多松散的键。

9、分子之间没有高效的传导线，所以电子经常被困住，最多只能移动几百纳米。

10、对于有机太阳能电池来说，电子的捕获是限制电子移动距离的主要障碍。

11、如果电子能不受阻碍地自由移动，它们就能走得更远。

12、所有太阳能电池都是如此，但有机电池使电子的运动更具挑战性。

13、因为电子在被捕获之前没有移动足够远，所以它们不能进入电路。

14、这种障碍降低了电池的导电性，随着自由流动的电子越来越少，能量转换效率也随之降低。

15、因此，由聚合物等非金属半导体组成的有机太阳能电池的能量转换效率最高只有13.1%。

16、这个效率水平和硅基无机太阳能电池根本没法比。后者的能量转换效率为26.6%，目前已广泛应用于太阳能电池板。

17、然而，有机太阳能电池的一些优点使其值得进一步研究。

18、例如，除了通过使用更简单的聚合物加工技术降低成本的潜力之外，有机太阳能电池更薄、更柔韧、更透明。

19、这些特性对于有效地将太阳光转化为电能非常重要。

20、此外，当建造净零能耗建筑(NZEB)或改造现有结构以提高能源效率时，公司可以将有机太阳能电池集成到结构本身，如屋顶和墙壁。

21、在这些地方，笨重且不灵活的硅基无机太阳能电池既不实用也不可行。

22、此外，这些有机太阳能电池还具有其他优点，例如它们具有多种颜色和配置，并且具有更好的美学效果。

23、电导率的突破

24、显然，我们需要找到一些方法来充分发挥有机太阳能电池的潜力，而电导率的突破是关键点。

25、根据密歇根大学题为《Semiconductor Breakthrough May Be a Game-Changer for Organic Solar Cells》的文章，研究人员在有机太阳能电池的发电层上添加了富勒烯分子层，光子撞击发电层驱动电子传输。

26、他们使用一种称为“真空热蒸发”的普通技术来分层C60富勒烯，每层由60个碳原子组成。

27、他们发现电子可以在富勒烯层中自由移动，而不是被困在有机分子之间的松散键中。

28、有趣的是，富勒烯因其可变的杂化状态、再杂化能力和弯曲的拓扑结构而被认为是一种优秀的受体分子。

29、(值得注意的是，自从富勒烯在太阳能电池中的应用被发现后，出现了一种新型的高效太阳能电池，现在被称为非富勒烯受体(NFA)有机太阳能电池。

30、它具有与富勒烯相似的电子接受特性，但显然是一种非富勒烯分子。

31、富勒烯也是电子受限材料，其包含势阱(即量子阱)。

32、电子一旦落入富勒烯分子的势阱中，就很难出来。

33、通过使用嵌入在富勒烯层中的电子阻挡层，可以防止任何电子离开并与空穴复合以形成额外的障碍。

34、电子影响势阱外区域的唯一方式是通过电子隧穿。

35、如果量子阱并排放置，即富勒烯分子可以在一层中彼此相邻，那么就可以形成所谓的“超晶格”。

36、如果量子阱之间的距离小于电子隧穿波函数的范围，那么电子波长就可以重叠并连接势阱，这样电子(和电流)就可以流动。

37、因此，通过在富勒烯层中捕获电子，分子之间非常接近的势阱允许电子不受阻碍地流动，而没有被捕获的风险。

38、同样，由于电子可以自由移动，无法与发电层中的空穴复合，因此电子可以移动得更远，达到几厘米，而不仅仅是几纳米，从而产生更多的电流。

39、因此，如上所述，现在可以

40、最终，有机太阳能电池中具体的电流(和效率)增加情况取决于添加富勒烯之前与添加富勒烯之后相比，系统中流动的电子数量。

对行业的影响

密歇根大学的研究人员承认，这个发现只是一个开始，还要做更多的工作来改善有机太阳能电池的设计，特别是要研究还有哪些有机材料能成为优秀的电子导体。

43、密歇根大学的工程教授Stephen Forrest预计，开发一个主流的有机太阳能电池解决方案可能需要长达10年的时间。

不过，富勒烯的发现总算为有机材料用于制造高效、透明的太阳能电池铺平了道路。

45、例如，太阳能电池制造商可以将太阳能电池的导电电极缩小成不可见的网格，并结合有机太阳能电池的其他特性，将有机材料层压在任何物体表面上。

46、由于有机太阳能电池所用的聚合物加工成本较低，这些解决方案可以在各种应用中实现合理的价格。

47、不过也许这个发现所带来的最大突破是，更多的发现会催生更多的进步。

关于贸泽电子

贸泽电子(Mouser Electronics)是一家全球授权半导体和电子元器件授权分销商，服务全球广大电子设计群体。

50、贸泽电子原厂授权分销近1,200家知名品牌，可订购数百万种在线产品，为客户提供一站式采购平台，欢迎关注我们，获取第一手的设计与产业资讯信息!

原文标题：有机太阳能电池导电性迎来新突破

文章出处：【微信公众号：贸泽电子】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

审核

本文到此结束，希望对大家有所帮助。