改变聚合物结构可提高太阳能电池效率

根据物理学家组织网络最近的一份报告，日本科学家发现改变聚合物的结构有望显著提高由它们制成的太阳能电池的光电转换效率。最新的研究将帮助科学家开发具有更高转换效率的有机(或无机)聚合物太阳能电池。

基于有机聚合物的太阳能电池非常重要，因为有机聚合物比传统无机太阳能电池中使用的聚合物更便宜，也更容易处理。然而，迄今为止，具有最高转换效率的聚合物太阳能电池不能满足实际需要。

然而，现在日本科学与化学研究所(RIKEN)新兴材料科学研究中心新兴分子功能研究小组的大阪托及其同事意外地发现，聚合物结构的微小变化可以改变聚合物链的结合状态，从而大大提高太阳能电池的效率。

当光能被聚合物太阳能电池中的聚合物吸收时，电子将被激发到更高的能量状态，从而产生高能电子和相应的电子“空穴”。为了将光能转化为电流，这些电子和空穴必须穿过聚合物到达电极，然后结合，但这一过程会损失大量能量。许多科学家正在进行各种实验，希望改善这一转化过程。

大阪托和他的同事使用一种特殊类型的共聚物进行实验。这种共聚物含有一种称为PNNT-DT的重复结构。大阪道明解释道:“PNNT-DT非常不溶于水，所以我们希望通过添加烷基侧链使其更容易处理。”正如他们所料，这一变化极大地提高了聚合物的溶解度，但也极大地提高了由聚合物制成的太阳能电池的能量转换效率。

这种聚合物在太阳能电池中作为薄膜放置。分析表明，这些新的“烷基化”聚合物链将平放在电池表面而不是垂直于表面，从而使载流子——电子和空穴——垂直于表面而不是平行移动，从而提高能量转换效率。大阪to说:“这种结构和方向的改变已经将太阳能电池的光电转换效率从没有烷基化的5.5%提高到现在的8.2%。”

大阪和他的同事希望用其他聚合物进行类似的实验，最终生产光电转换效率超过15%的有机聚合物太阳能电池或效率更高的无机太阳能电池。他说:“我们需要更好地理解为什么聚合物的取向发生了变化。接下来，我们需要对其他能吸收更多可见光的聚合物做同样的实验。”

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