新材料聚合物太阳能电池的生产效率创记录

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来自北卡罗来纳州立大学和香港科技大学的研究人员发现，新型半导体聚合物家族的温控聚合是制造高效有机太阳能电池的关键，这种电池可以以更低的成本批量生产。他们的发现也为使用组成细胞活性层的不同化学混合物进行实验打开了大门。

聚合物太阳能电池是聚合物供体和富勒烯受体的微妙控制的混合物。通过向聚合物和富勒加入溶剂直至混合物变为液体来产生细胞，然后将液体薄薄地涂布到表面上。随着溶剂蒸发，薄层凝固，供体材料硬化成微小的，高度有序的“丛”，其通过其他，无序的供体分子连接，以及在它们周围编织的受体编织。目前，最有效的有机太阳能电池使用两个不同的富勒烯之一制造。

北卡罗莱纳州的物理学家哈拉尔德正面和博士后研究员魏马曾研究了太阳能电池的形态,发现捐赠层内的块的大小规模和聚合层内或相邻分子之间的相互作用,是太阳能电池效率的主要因素。

在今天发表的一篇论文中自然通讯， Ade, Ma和一个来自香港科技大学的化学家团队，由何燕领导，他们发现这些器件的大小和聚集强烈地依赖于温度。他们还表明，用大量富勒烯替代可以达到创纪录的10.8%的效率，而不是目前公布的9.8%。此外，这种性能可以在厚膜设备中实现。

“一旦我们看到温度如何影响这些太阳能电池的聚集和形态，化学家就可以更自由地在活性层中使用不同的化学成分，”Ade说。阎的团队用10种不同的混合物和较厚的薄膜证明了10%的效率。因此，这些太阳能电池可以与现有的大规模生产方法兼容，如槽式压铸和类似于报纸印刷的卷对卷加工，而不是目前使用的更昂贵的厚度控制生产方法。

“我们希望这些发现将允许其他人用不同的聚合物进行实验:富勒烯混合物，进一步提高太阳能电池的效率，降低它们的生产成本，并导致一种商业上可行的替代能源。”

皮克-

编辑报告：纸的摘要跟随。

聚合和形态控制实现了多种高效聚合物太阳能电池

作者:刘宇航，赵景波，李正科，穆成，胡华伟，姜奎，林浩然，闫贺，香港科技大学;北卡罗莱纳州立大学的Harald Ade和Wei Ma说
发表：在线自然通讯

DOI：10.1038 / ncomms6293

摘要：尽管在过去几年中，聚合物太阳能电池的领域已经看到了设备性能的大量进展，但有几个限制正在阻碍进一步发展。例如，目前的高效（> 9.0％）细胞仅限于基于有限供体聚合物的材料组合，并且只有一种特异的富勒烯受体。在这里，我们将高性能（效率高达10.8％，填充因子高达77％）的厚膜聚合物太阳能电池进行多重聚合物：富勒烯组合通过形成近乎理想的聚合物：富勒烯形态含有高度结晶但具有相当小的聚合物结构域。该形态由供体聚合物的温度依赖性聚集行为控制，并且对富勒烯的选择不敏感。未覆盖的聚集和设计规则产生三种高效（> 10％）供体聚合物，并将进一步的合成进展和匹配聚合物和富勒烯材料，可能导致显着提高的性能和更高的设计灵活性。