研究人員使有機太陽能電池免受水空氣和光的破壞

研究人員已經設計出一種通過打蠟來實現(xiàn)有機太陽能電池板穩(wěn)固性的方法：通過打蠟實現(xiàn)脫毛的分子當量：它們使用膠帶從電池的光活性層的最頂層表面剝離電子接受分子。由于與傳統(tǒng)硅太陽能電池相比的優(yōu)勢，有機太陽能電池市場預計將在2017年至2020年間增長20%以上：它們可以使用卷對卷加工大規(guī)模批量生產;包含它們的材料可以很容易地在地球上找到，并可以通過綠色化學應用于太陽能電池;它們可以是半透明的，因此在視覺上不太干擾 - 這意味著它們可以安裝在窗戶或屏幕上，是移動設備的理想選擇;它們非常靈活，可以伸展;它們可以超輕量級。

然而，與硅太陽能電池不同，有機電池非常容易受潮，氧氣和陽光本身的影響。最先進的修復包括封裝電池，這增加了生產成本和單位重量，同時降低了效率。

紐約大學Tandon工程學院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種使有機太陽能電池板更加堅固的顯著方法，包括通過相反的方式賦予對氧氣，水和光的抵抗力：去除而不是添加材料。

由紐約大學Tandon工程學院化學與生物分子工程教授AndréTaylor領導的團隊，包括紐約大學博士后研究員Jaemin Kong和耶魯大學變革材料與器件實驗室的研究人員，進行了分子當量研究。通過打蠟去除毛發(fā)：他們使用膠帶從太陽能電池的光活性層的最頂部表面剝離電子接受分子 - 共軛富勒烯衍生物苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)，僅留下非反應性有機聚合物暴露。器件降解的主要原因之一是這些富勒烯衍生物的氧化。從暴露的薄膜表面去除PCBM可以減少遇到氧分子和水等氧化源的可能性，

通過選擇性去除頂部電極附近的電子受體的水下有機太陽能電池，在四月份ACS Energy Letters的封面故事中，該團隊測試了一種有機電池，其活性層是PCBM和更具彈性的共軛聚合物的混合物，聚(3-己基噻吩)(P3HT)。在將膠帶施加到膜的光活性層表面后，他們用熱和壓力處理電池，并且一旦膜恢復到室溫，就從膜表面緩慢地除去膠帶。

研究人員表示，之后只剩下6%的PCBM受體組分，形成了富含聚合物的表面。他們解釋說，這最大限度地減少了富勒烯電子受體與氧和水分子的接觸，而富含聚合物的表面顯著增強了光活性層和頂部金屬電極之間的粘附力，這恰好可以防止屈曲帶來的另一個問題：電極分層。

“我們最終的研究結果表明，選擇性去除頂部電極附近的電子受體導致高度耐用的有機太陽能電池甚至可以在水下工作而不需要封裝，”泰勒說。

Kong補充說：“我們展示了細胞在接觸水的情況下持續(xù)多長時間而不會顯著降低效率，”孔說。“”此外，使用我們的膠帶剝離技術，我們可以控制光活性層垂直方向的成分分布，從而更好地從太陽能電池中提取電荷。“

泰勒表示，術后應力測試包括對太陽能單元進行10,000次彎曲循環(huán)，以證明該技術是穩(wěn)健的。他解釋說，它還賦予有機太陽能電池防水性，這對太陽能潛水表等產品來說是一個福音。

“但是如果你看一下太陽能電池板的明顯用例，就必須確保有機光伏電池可以在屋頂，雨雪中與硅競爭。這就是有機太陽能電池長時間無法競爭的地方我們正在展示實現(xiàn)這一目標的途徑，“泰勒說。

該研究得到了科學基金會的資助和NSF科學家和工程師的早期職業(yè)獎。