太陽電池

ポリマーから作られた太陽電池は、安価で軽量な可能性を秘めていますが、科学者は電気を効率的に生成するために苦労しています。

ポリマーは、プラスチックおよび他のよく知られた材料を形成する大きな分子の一種である。

"フィールドはむしろ未熟それは幼児期の段階でだで、「Lupingゆう、シカゴ大学の化学の教授は言います。

Yu氏が率いる研究チームは、電気をより容易に移動させて発電を促進する新しいポリマーを発見しました。

「高分子太陽電池は、太陽エネルギーを収穫するための低コストで軽量で柔軟な電子機器を提供する大きな可能性を秘めています」と化学の大学院生であり、ジャーナルの論文の執筆者でもあるLuyao Luは語ります。 Nature Photonicsの その結果を記述する。


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このような太陽電池の活性領域は、光を当てたときに電流を発生させるために電子を与え、受け取るポリマーの混合物からなる。 PID2と呼ばれるYuのグループによって開発された新しいポリマーは、標準的なポリマー - フラーレン混合物に添加すると、15パーセントによる発電効率を向上させます。

「小さな炭素分子であるフラーレンは、高分子太陽電池に使われる標準的な材料の1つです。 「基本的に、ポリマー太陽電池では、電荷分離を可能にする電子受容体としての電子供与体およびフラーレンとしてのポリマーを有する。

彼らの研究では、研究者はデバイスにポリマーを追加し、2つのポリマーと1つのフラーレンを含む太陽電池を得ました。

8.2%の効率

このグループは、最適量のPID8.2が添加されたときに2%の効率を達成しました。フラーレンを含む2種類のポリマーで構成された太陽電池ではこれまでに最も高くなりました。その結果、さらに高い効率でさらに作業が可能です。

Argonne National Laboratoryの研究者を含むこのグループは、ポリマー太陽電池が商業的に利用可能であるために必要なベンチマークである10%への効率化を推進するよう現在取り組んでいます。

その結果は、技術力の向上だけでなく、PID2が新しい方法で効率を向上させたことでも顕著でした。 第3のポリマーによる効率を改善するための標準的な機構は、装置内の光の吸収を増加させることによるものである。

使い方

しかし、その効果に加えて、チームは、PID2が添加されたときに、ポリマー間および細胞全体を通して電荷がより容易に輸送されることを見出した。

太陽電池によって生成される電流のために、電子デバイス内のフラーレンするポリマーから転送されなければなりません。 標準的なポリマー・フラーレン用電子エネルギーレベルの差は、それらの間の電子移動が困難であることが十分な大きさです。 PID2は、他の2つの間のエネルギーレベルがあり、その過程で仲介役として機能します。

「これはステップのようなものだ」とユ氏は語る。 「あまりにも高すぎると登るのは難しいが、途中で別のステップを踏むと簡単に歩くことができる」

PID2の添加により、ポリマーブレンドは繊維を形成し、これは材料全体の電子の移動度を改善した。 繊維は、電子が太陽電池の側面上の電極に移動することを可能にする経路として役立つ。

「あなたが通りを作っているようなものです。道を歩いている人がこの端から別の道に行く道を見つけることができます」とユ氏は説明します。

この構造を明らかにするために、Argonne National Laboratoryと分子工学研究所の材料科学部門のWei ChenはArgonneのAdvanced Photon SourceとLawrence BerkeleyのAdvanced Light Sourceを使ってX線散乱研究を行った。

「それがなければ、構造についての洞察を得ることは難しい」とユ氏は語る。 "それは私たちに大きなメリットをもたらします。"

「この知識は、将来のエネルギー需要を満たす高効率有機太陽電池デバイスを開発するための基礎となるだろう」とChen氏は付け加えた。

情報源: シカゴ大学
最初の研究


著者について

エミリーコノーバーEmily Conoverは、物理学と天文学の専門知識を持つ科学者です。 彼女はシカゴ大学ニュース・オフィスのために書いています。そして、彼女自身の個人的なサイエンス・ブログである弱いインタラクションを書いており、フリー・サイエンスやテクニカルライティングでも利用できます。

開示声明:国立科学財団、科学研究の空軍事務所、および米国エネルギー省は研究に資金を提供した。


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