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西安交大科研人员提出高效三元有机太阳能电池新工作机理

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有机太阳能电池是使用有机电子材料作为活性层材料来完成光电转换过程的一类新型太阳能电池。生产成本低廉、加工制备简单、可弯折的柔性等特点使其成为下一代商用太阳能电池的有利竞争者。高能量转化效率是实现有机太阳能电池产业化的基础。为了进一步拓宽活性层的光谱吸收范围及提高光电转化效率,加入具有互补吸收光谱的第三组分材料是提高太阳能电池效率的有效策略。然而,第三组元的化学结构与已有组分结构非常类似,这使活性层形貌表征和电池结构与性能之间的关系变得异常复杂。

西安交通大学金属材料强度国家重点实验室马伟教授课题组与国家纳米科学中心魏志祥研究员课题组合作,利用先进的同步辐射光源,首次成功地分辨出三种类似组分及相应的相区,并揭示了三元有机太阳能电池中结构和性能之间的特殊关系。在这个聚合物给体/小分子给体/富勒烯受体的体系中,聚合物和小分子的聚集状态(分子堆积、结晶度、相分离尺寸和相区纯度等形貌参数)同时得到了改善,活性层形貌达到了最优。基于详细的形貌研究,作者们提出了三元有机太阳能电池全新的工作机制,即“Alloy-Parallel”模型。审稿人均认为该工作具有非常高的科学价值,不仅为三元有机太阳能电池的发展提供了理论指导,而且为整个有机太阳能电池领域的形貌调控与表征提供了全新的思路。

该研究内容是西安交大材料学院王再禹同学的本科毕业论文课题,王再禹同学也是该论文的第一作者。研究结果以Optimized “Alloy-Parallel” Morphology of Ternary Organic Solar Cells为题发表在先进能源材料(Advanced Energy Materials)杂志上(影响因子16.146)。西安交通大学为该论文第一作者单位及通讯单位。

该研究得到了西安交通大学“青年拔尖人才支持计划”,国家自然科学基金的支持和美国伯克利国家实验室先进光源提供的机时支持。

 

论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201502456/abstract

2016-02-17
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