塑料太陽能電池性能新研究

最近，科學家發(fā)現(xiàn)無序的分子水平實際上能夠提高聚合物的性能�，F(xiàn)在，斯坦福大學科研人員已對這一驚人的發(fā)現(xiàn)做出了解釋。這一發(fā)現(xiàn)，必將加速低成本商用塑料太陽能電池的發(fā)展。

為了研制出能夠與傳統(tǒng)硅電池一較高下的高效軟塑料太陽能電池，科學家們已經(jīng)投入了數(shù)十載光陰。目前，研究小組已經(jīng)在嘗試創(chuàng)造新型塑料材料，通過增強太陽能電池中的電流而提高電池性能。一些研究小組重新將柔韌的塑料聚合物設(shè)計到有序的類硅晶中，但是電流并沒有因此而增強。

“人們曾經(jīng)以為只要聚合物的結(jié)構(gòu)越像硅，他們的性能才會提高�！痹撗芯柯�(lián)合作者及斯坦福大學材料科學和工程副教授AlbertoSalleo表示，“但是，我們發(fā)現(xiàn)聚合物天然不能形成美觀、有序的晶體。他們只能形成小型無序的晶體，而這些剛好可以解決我們的技術(shù)難題。”

Salleo和同事建議科學家們不要試圖模擬硅的剛性結(jié)構(gòu)，而是學會了解塑料的無序本質(zhì)。

高速電子

在研究中，斯坦福大學小組將焦點放在一類名為共軛或半導體聚合物的有機材料，這種材料具有塑料的性能以及吸收光照和導電的能力。

半導體聚合物于40年前被發(fā)現(xiàn)，而且被長期認為是超薄太陽能電池、發(fā)光二級管和晶體管的理想材料。與屋頂太陽能板采用的硅晶體不同，半導體聚合物結(jié)構(gòu)輕巧并能在室溫下采用噴墨打印機和其它廉價技術(shù)進行加工。然而，它并沒有被商業(yè)化的一個主要原因是性能低下。太陽能電池中的電子需要在材料中快速移動，而半導體聚合物的電子遷移率很低。

X射線分析

為了從微觀層面觀察無序材料，斯坦福大學研究小組在SLAC國家加速實驗室對樣本進行了X射線分析。分析顯示，半導體聚合物的分子結(jié)構(gòu)類似一個扭曲的指紋。一些聚合物看起來像不定型的意大利面，而其它則是僅有幾個分子長的微小晶體。

通過分析電流經(jīng)過樣本時的發(fā)光情況，該小組得出結(jié)論，無數(shù)的小晶體分散在整個材料中并由長聚合物鏈連接起來，就像項鏈上的珠子一樣。晶體的尺寸大小是提高整個材料性能的關(guān)鍵。

尺寸小的晶體能夠使帶電的電子快速移動到下一個晶體，這樣長聚合物鏈就可以通過材料快速攜帶電子。這就解釋了為什么它們比尺寸大不連接的晶體電荷遷移性要高。

大結(jié)晶聚合物的另一個缺點是，它的不可溶解性導致其不能通過噴墨打印機或其它廉價加工技術(shù)生產(chǎn)。

因此，他們最終得出結(jié)論，要提高電池性能無需形成大晶體的鋼性材料，而是需要設(shè)計一些小尺寸無序的由聚合物鏈緊密連接起來晶體材料。