令人兴奋的分子调整可以提高有机太阳能电池的效率

电子接受分子TACIC

新的电子接受分子TACIC可以保持其激发态的时间是传统分子的50倍。图片来源:明迪·高宫(Mindy Takamiya)的插图

分子变化可以提高下一代光伏发电的效率。

一项分子调整改善了有机太阳能电池的性能,使我们更接近更便宜、高效、更容易制造的光伏电池。这种新的设计方法是由京都大学集成细胞材料科学研究所(iCeMS)的科学家开发的,目标是细胞发电层的分子主干,并于今天(2020年3月5日)在《华尔街日报》上发表化学科学.

有机光伏电池预计将成为下一代太阳能电池,因为它们使用更便宜的组件,与目前使用的无机太阳能电池相比,更轻、更灵活、更容易制造。

iCeMS的分子工程师Hiroshi Imahori和同事Tomokazu Umeyama领导了这项工作,他说:“人们越来越担心化石燃料的使用及其对环境的影响。”“我们需要努力改善可持续能源系统。”

有机光伏发电中的发电层包含提供或接受电子的分子。光被这薄层吸收,激发分子,分子产生电荷,进而形成电流。但要使光有效地转化为电,接受电子的元件需要保持兴奋状态。

有一种有机电池非常擅长吸收广谱的光,但兴奋时间不长。为了解决这个问题,Imahori, Umeyama和他们在日本的同事将细胞电子接受元件的分子主干作为目标。具体来说,他们用一种叫做噻吩亚氮角烯的分子取代了中心环,创造了一种叫做TACIC的新分子。

与它的前身类似,TACIC吸收了广谱的可见光和近红外光。值得注意的是,它保持激发态的时间延长了50倍,将70%以上的轻粒子转化为电流。该设计通过稳定通常在吸收光线时发生的振动和旋转,节省动能,促进分子间的相互作用,实现了这一点。

这种电池的能量转换效率仍低于10%,与其他正在研究的有机太阳能电池相当。该团队认为,对噻吩氮杂角烯分子的侧链和核心结构的修饰可以进一步提高有机光伏的效率。

参考文献:Gayathri R.Ediriweera、Joshua D.Simpson、Adrian V.Fuchs、Taracad K.Venkatachalayabovip2021m、Matthias Van De Walle、Christopher B.Howard、Stephen M.Mahler、James P.Blinco、Nicholas L.Fletcher、Zachary H.Houston、,Craig A.Bell和Kristofer J.Thurecht,2020年3月5日,化学科学.
DOI: 10.1039 / C9SC06456G

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