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科學家開發出太陽能電池用新型聚合物材料
發布日期:2017/8/17 15:09:59  來源:科技部  

    迄今為止,世界上80%以上的能源是通過燃燒石油、天然氣和煤產生的。首先,這會導致嚴重的環境污染;其次,人類在過去不到兩百年的時間里已消耗了經過數百萬年形成的全球石油資源可開采儲量的一半以上。目前,世界各地的科學家的主要目標集中在如何提高太陽能的光電轉換效率,卻很少有人關注太陽能電池板基體材料的穩定性。

    在俄羅斯科學基金會資助下,以俄科院化學物理問題研究所科學家為首的國際團隊開發出以有機半導體材料(共軛聚合物和富勒烯衍生物)為基體的高效穩定的薄膜太陽能電池,這是一種光化學和熱穩定性較高、且具備可有效適用于有機太陽能電池的最佳性能的新型光敏材料。有機太陽能電池由于光電轉換成本比化石燃料價格更低,因而有望徹底改變全球能源產業。研究成果發表在《Journal of Materials Chemistry》雜志材料上。
    
    太陽光是一種很有前途的環保、廉價的能源。據估算,全人類每年能量需求約為20太瓦,而太陽每年輻射到地球的能量約105太瓦。因此,太陽可視做現代社會取之不盡用之不竭的能源。以有機半導體材料為基體的太陽能電池具有重量輕、成本低、靈活性等特點,已經引起研究人員和創新型企業的極大關注。
     
    俄科學家的研究成果主要包括:
    一是創建了適用于有機太陽能電池的新的共軛聚合物組,并發現使用單體單元在主鏈中無序排列的不規則共聚物,其光電特性明顯優于鏈節以嚴格順序交替排列的常規結構聚合物。研制開發的以共軛聚合物為基體的有機太陽能電池的效率大于7%,這是國際上面積大于1平方厘米的同類裝置中能得到的最好結果之一。

    二是開發出用于有機太陽能電池、以富勒烯衍生物為基體的新型電子受體材料,這種新型材料能夠保證有機太陽能電池在140℃高溫下運行穩定。這是實現有機太陽能電池類設備長期穩定運行并得到實際應用的重要步驟。

    俄科學家在以色列內蓋夫沙漠中對若干類型的有機太陽能電池進行了實地試驗,研究了影響太陽能電池操作穩定性的最重要因素。結果發現,采用電子順磁(自旋)共振法可以輕松完成材料的光穩定性篩查并找出最具前景的結構。

    上述研究工作是與德國弗勞恩霍夫太陽能研究所、巴伐利亞能源產業應用研究中心和以色列本-古里安大學的科學家合作完成的。


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