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使用新型荧光有机染料的聚合物染敏太阳能电池

2013-5-19 12:15| 发布者: 有机硅测试技术| 查看: 4040| 评论: 0|来自: TestPV

摘要: 在耶鲁大学的科学家们已经发现,将方酸菁染料荧光有机添加到聚合物太阳能电池,可以大大提高了光的吸收和回收电子,从而使电源实验转换效率(PCE)上升了38%。 “在聚合物太阳能电池应用方酸菁染料,并利用福斯特 ...
       在耶鲁大学的科学家们已经发现,将方酸菁染料荧光有机添加到聚合物太阳能电池,可以大大提高了光的吸收和回收电子,从而使电源实验转换效率(PCE)上升了38%。

       “在聚合物太阳能电池应用方酸菁染料,并利用福斯特共振能量转移(FRET)开辟了解决光的光谱吸收范围有限和光激子形成低效的一个新的途径,而这是实现高效太阳能电池两个重要方面”,在耶鲁大学化学与环境工程领导和研究助理教授安德烈D.泰勒解释说,在近红外区域,拓宽了高吸收方酸细胞的光谱吸收和发展有序nanomorphology电荷转移。耶鲁的工作进一步演示,通过FRET在只有几皮秒内高达96%的效率,光敏聚合物的激发能量可以转移到方酸内,最终在实验室中将太阳能电池单元推到4.5%PCE(从最高3.3%)。

       当被问及是什么促使他使用荧光有机染料,以提高太阳能电池的性能,泰勒回答说,“大自然永远是我们最好的老师。”考虑树叶中光合反应多么小,他说,“一些高效的方式将从颜料捕获的光子能量转移到反应中心必须开始发挥作用。“虽然FRET在其他领域已经是充分研究的现象,但在FRET提高太阳能电池的性能方面很少有努力,专家说。 “为了实现这一想法,我们选择了具有高的光吸收系数光敏材料和相对应的吸收发射光谱重叠FRET规则,”泰勒说。在这种情况下,方酸与一种共轭聚合物,聚(3 - 己基噻吩)(P3HT)很好地落入这样的设计准则”。

       这种新型的聚合物荧光染料敏化太阳能电池可以解决三个问题:光吸收光谱的有限范围,nanomorphology的控制,光生激子的收获效率低下。 “在这项工作中,P3HT主要吸收绿色和橙色的光,而方酸菁染料以互补的方式高度吸收红光和近红外光,”泰勒说。引入方酸,从而增加光吸收的光谱范围。 “此外,我们证明了方酸菁更喜欢住在P3HT和PCBM的接口,导致互穿网络发展顺序。此外,P3HT和方酸光学的属性满足非辐射能量转移过程的条件,如荧光共振能量转移,这有利于对发生电荷分离异质结界面的激子的平滑迁移。”

       这种新的电池结构表明,不同的光吸收材料,可协同工作,以策略性地使用以提高太阳能电池的性能。 “我们的方法使用多个捕光doner提供了一个更可行的解决方案,相比设计或寻求一个单一的材料,从全太阳光谱的捕捉能量,”泰勒说。由于FRET对于纳米粒子和有机太阳能电池的独特性能,通过策略性地结合不同的材料用于适当的光谱范围内,以利用FRET,光激发的能量,这可作为热量耗散,可以从太阳能电池提取出转化为电能”。
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