科技動(dòng)態(tài):用于室內(nèi)太陽(yáng)能應(yīng)用的新型非富勒烯受體

隨著科技的發(fā)展，很多新科技的誕生許多朋友無(wú)法了解，相信通過(guò)用于室內(nèi)太陽(yáng)能應(yīng)用的新型非富勒烯受體這篇文章能幫到你，在和好朋友分享的時(shí)候，也歡迎感興趣小伙伴們一起來(lái)探討。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有機(jī)光伏(OPV)電池是可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的第三代太陽(yáng)能電池技術(shù)，在低光強(qiáng)度的室內(nèi)LED照明下比硅電池更有效。這些電池還顯示出為室內(nèi)環(huán)境中的低功耗，離網(wǎng)電子設(shè)備供電的巨大潛力。

盡管具有巨大的潛力，但OPV電池的功率轉(zhuǎn)換效率目前受到其開(kāi)路電壓大量損失的限制。另外，過(guò)去的研究表明，當(dāng)用于室內(nèi)照明時(shí)，它們的吸收光譜遠(yuǎn)非最佳。

為了克服這些限制，中國(guó)中科院和瑞典林雪平大學(xué)的研究人員團(tuán)隊(duì)最近設(shè)計(jì)了一種非富勒烯受體，可以使高性能有機(jī)光伏電池用于室內(nèi)應(yīng)用。可以將這種新的受體發(fā)表在《自然能源》上的論文中，可以將其與聚合物供體混合，以獲得吸收光譜與室內(nèi)光源相匹配的光敏層。

將有機(jī)太陽(yáng)能電池(例如OPV)中的光能轉(zhuǎn)換為電能的活性層由兩個(gè)分子的精細(xì)混合物組成，這兩個(gè)分子稱(chēng)為施主和受主。從本質(zhì)上講，可以調(diào)整這些分子以吸收具有不同波長(zhǎng)的光的類(lèi)型。

進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一喬納斯·伯格奎斯特(Jonas Bergqvist)對(duì)TechXplore表示：“在這項(xiàng)工作中，我們提出了一種經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)以吸收可見(jiàn)光的供體/受體組合。”“調(diào)節(jié)供體和受體在太陽(yáng)光照射下也能提供1.24V的高壓。”

Bergqvist和他的同事將他們開(kāi)發(fā)的稱(chēng)為IO-4Cl的受體與一種稱(chēng)為PBDB-TF的聚合物供體結(jié)合在一起。通過(guò)將這兩種分子結(jié)合在一起，它們獲得了具有與室內(nèi)光源一致的吸收光譜的光敏層，使其非常適合于室內(nèi)應(yīng)用。

Bergqvist說(shuō)：“許多用于有機(jī)光伏的高性能受體的帶隙很低，吸收起始波長(zhǎng)約為800 nm。”“在這項(xiàng)工作中，我們修改了受體ITIC以增加帶隙，并使材料吸收與室內(nèi)照明光譜相匹配(與可見(jiàn)光400-700 nm相匹配)。”

研究人員在材料中觀察到的寬帶隙導(dǎo)致更高的電壓，從而在室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了更高的能量性能。研究人員在唯一的照明是低強(qiáng)度LED燈的情況下，評(píng)估了受體的性能，模擬了各種室內(nèi)空間(包括客廳，圖書(shū)館和購(gòu)物中心)的典型條件。

在這些測(cè)試中，他們開(kāi)發(fā)的受體使用1 cm2的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了高達(dá)26.1%的功率轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)Bergqvist和他的同事測(cè)試由其接收器供電的更大的設(shè)備(即4 cm2)時(shí)，他們實(shí)現(xiàn)了23.9%的卓越功率轉(zhuǎn)換效率。

Bergqvist說(shuō)：“我們社會(huì)的數(shù)字化正在迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備是一個(gè)強(qiáng)勁增長(zhǎng)的市場(chǎng)。”“這些設(shè)備中的許多設(shè)備消耗的電量很少，高效的光能收集設(shè)備可以為它們供電。高性能的OPV與印刷和涂布輥到輥的生產(chǎn)相結(jié)合，顯示出為聯(lián)網(wǎng)的智能事物供電的巨大潛力。”

Bergqvist及其同事開(kāi)發(fā)的寬間隙，非富勒烯受體最終可以在室內(nèi)環(huán)境中的有機(jī)光伏電池中實(shí)現(xiàn)更高的性能。這可能對(duì)更先進(jìn)的太陽(yáng)能電池技術(shù)的發(fā)展具有重要意義，該技術(shù)不僅限于室外應(yīng)用。

參與這項(xiàng)研究的另一位研究員高楓對(duì)TechXplore表示：“我們可以輕松地調(diào)節(jié)這些有機(jī)材料的吸收光譜，從而使室內(nèi)光轉(zhuǎn)換的效率最大化。”“對(duì)于商用硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)這是不可能的。因此，我真的相信有機(jī)太陽(yáng)能電池為室內(nèi)應(yīng)用(例如為物聯(lián)網(wǎng)供電)提供了獨(dú)特而有希望的候選者。”

在未來(lái)的幾年中，由這組研究人員開(kāi)發(fā)的新的OPV細(xì)胞受體可以用于制造更節(jié)能的設(shè)備。在未來(lái)的工作中，Bergqvist，Gao及其同事計(jì)劃與中國(guó)科學(xué)院的侯建厚一起繼續(xù)開(kāi)發(fā)受體，研究改善其性能的新方法。

例如，增加光電流可以導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高。研究人員進(jìn)行的計(jì)算表明，從理論上講，有可能將其功率轉(zhuǎn)換效率提高到40%以上。