研究人員使有機(jī)太陽(yáng)能電池免受水空氣和光的破壞

研究人員已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種通過打蠟來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)太陽(yáng)能電池板穩(wěn)固性的方法：通過打蠟實(shí)現(xiàn)脫毛的分子當(dāng)量：它們使用膠帶從電池的光活性層的最頂層表面剝離電子接受分子。由于與傳統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池相比的優(yōu)勢(shì)，有機(jī)太陽(yáng)能電池市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在2017年至2020年間增長(zhǎng)20%以上：它們可以使用卷對(duì)卷加工大規(guī)模批量生產(chǎn);包含它們的材料可以很容易地在地球上找到，并可以通過綠色化學(xué)應(yīng)用于太陽(yáng)能電池;它們可以是半透明的，因此在視覺上不太干擾 - 這意味著它們可以安裝在窗戶或屏幕上，是移動(dòng)設(shè)備的理想選擇;它們非常靈活，可以伸展;它們可以超輕量級(jí)。

然而，與硅太陽(yáng)能電池不同，有機(jī)電池非常容易受潮，氧氣和陽(yáng)光本身的影響。最先進(jìn)的修復(fù)包括封裝電池，這增加了生產(chǎn)成本和單位重量，同時(shí)降低了效率。

紐約大學(xué)Tandon工程學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種使有機(jī)太陽(yáng)能電池板更加堅(jiān)固的顯著方法，包括通過相反的方式賦予對(duì)氧氣，水和光的抵抗力：去除而不是添加材料。

由紐約大學(xué)Tandon工程學(xué)院化學(xué)與生物分子工程教授AndréTaylor領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，包括紐約大學(xué)博士后研究員Jaemin Kong和耶魯大學(xué)變革材料與器件實(shí)驗(yàn)室的研究人員，進(jìn)行了分子當(dāng)量研究。通過打蠟去除毛發(fā)：他們使用膠帶從太陽(yáng)能電池的光活性層的最頂部表面剝離電子接受分子 - 共軛富勒烯衍生物苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)，僅留下非反應(yīng)性有機(jī)聚合物暴露。器件降解的主要原因之一是這些富勒烯衍生物的氧化。從暴露的薄膜表面去除PCBM可以減少遇到氧分子和水等氧化源的可能性，

通過選擇性去除頂部電極附近的電子受體的水下有機(jī)太陽(yáng)能電池，在四月份ACS Energy Letters的封面故事中，該團(tuán)隊(duì)測(cè)試了一種有機(jī)電池，其活性層是PCBM和更具彈性的共軛聚合物的混合物，聚(3-己基噻吩)(P3HT)。在將膠帶施加到膜的光活性層表面后，他們用熱和壓力處理電池，并且一旦膜恢復(fù)到室溫，就從膜表面緩慢地除去膠帶。

研究人員表示，之后只剩下6%的PCBM受體組分，形成了富含聚合物的表面。他們解釋說，這最大限度地減少了富勒烯電子受體與氧和水分子的接觸，而富含聚合物的表面顯著增強(qiáng)了光活性層和頂部金屬電極之間的粘附力，這恰好可以防止屈曲帶來(lái)的另一個(gè)問題：電極分層。

“我們最終的研究結(jié)果表明，選擇性去除頂部電極附近的電子受體導(dǎo)致高度耐用的有機(jī)太陽(yáng)能電池甚至可以在水下工作而不需要封裝，”泰勒說。

Kong補(bǔ)充說：“我們展示了細(xì)胞在接觸水的情況下持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間而不會(huì)顯著降低效率，”孔說。“”此外，使用我們的膠帶剝離技術(shù)，我們可以控制光活性層垂直方向的成分分布，從而更好地從太陽(yáng)能電池中提取電荷。“

泰勒表示，術(shù)后應(yīng)力測(cè)試包括對(duì)太陽(yáng)能單元進(jìn)行10,000次彎曲循環(huán)，以證明該技術(shù)是穩(wěn)健的。他解釋說，它還賦予有機(jī)太陽(yáng)能電池防水性，這對(duì)太陽(yáng)能潛水表等產(chǎn)品來(lái)說是一個(gè)福音。

“但是如果你看一下太陽(yáng)能電池板的明顯用例，就必須確保有機(jī)光伏電池可以在屋頂，雨雪中與硅競(jìng)爭(zhēng)。這就是有機(jī)太陽(yáng)能電池長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法競(jìng)爭(zhēng)的地方我們正在展示實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的途徑，“泰勒說。

該研究得到了科學(xué)基金會(huì)的資助和NSF科學(xué)家和工程師的早期職業(yè)獎(jiǎng)。