研究人员优化多层有机太阳能电池的性能和稳定性

由低聚物制成的受体层可以提高有机太阳能电池的性能，同时确保较长的使用寿命。这是Friedrich-Alexander-UniversitätErlangen-Nürnberg(FAU)的材料科学家进行的一系列复杂实验室实验的结果。与传统的硅模块相比，有机太阳能电池的制造更简单，而且由于具有柔韧性和透明性，因此用途更加广泛。研究人员的研究结果已发表在《自然能源》杂志上。

乌克兰战争继续清楚地提醒我们尽快停止对化石燃料的依赖是多么重要。可再生能源的快速扩张是这方面成功的关键之一。例如，就光伏发电而言，困难不仅在于争取更高的产量，还在于开发新应用，因为在德国等人口密集的工业国家，太阳能电池板的可用表面积有限。

这就是为什么目前对有机光伏进行如此多研究的原因。与传统系统中使用的硅相比，有机太阳能电池由碳基半导体组成，这些半导体直接从溶液中施加到支撑膜上。这意味着模块是灵活的，可以是半透明或完全透明的，这在城市空间中开辟了广泛的潜在应用，包括在窗玻璃中的使用。

两全其美的

为半导体层选择最好的材料对研究人员来说是一个重大挑战：“例如，如果我们使用具有很长分子链的聚合物，那么模块能够抵抗温度波动并且具有更长的使用寿命，”博士教授说。.克里斯托弗·布拉贝克(ChristophBrabec)，FAU材料科学系主任(电子和能源技术材料)和亥姆霍兹埃尔兰根-纽伦堡可再生能源研究所(HIERN)主任。“然而，聚合物的定义不是很明确，并且由于其复杂性而存在更多缺陷，这可能导致低光照水平下的输出降低。”

因此，在寻找电子转移的替代方案时，HIERN的研究活动正在加紧对称为低聚物的分子的研究。与聚合物链相比，它们的链更短，可以更精确地设计，并且在近红外光下具有更高的效率。缺点是低聚物对温度波动比较敏感，一般比较不稳定。

由ChristophBrabec领导的国际工作组旨在通过开发低分子非富勒烯半导体来结合两个领域的最佳成果，这些半导体具有高产量，同时又坚固耐用。他们将目光投向了一种名为Y6的特定分子的衍生物，该分子具有对称结构，由碳以及氮、氢、氧、硫和溴原子组成。

“我们在无数次测试中修改了分子，并检查了它作为受体层的特性，”在FAU进行实验的博士生张迪飞解释说。

在调查期间，华南理工大学(SCUT)的研究人员也参与其中，使用二维广角X射线散射测量来分析分子链的微观结构和行为。

获胜者是OY3

分子结构的复杂微调最终产生了一种有前途的候选物——一种缩写为OY3的低聚物。“OY3的平均性能效率为15%，我们还用其他一些衍生物测量了这个值，”Brabec说。“然而，同样让我们印象深刻的是它出色的耐光性。”

即使在运行200小时后，低聚物仍保持其原始产量的94%。进一步测量显示，使用寿命超过25,000小时，平均每年运行1,500小时，相当于超过16年的使用寿命。

Brabec说：“这些参数对于多层有机光伏模块来说是独一无二的，可以满足快速商业化的所有要求。我们的目标低聚物设计策略将有机光伏技术提升到一个新的效率水平，并使其非常接近实际应用。”