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有机材料无论是用聚合物制成,还是用“小分子”即低分子量有机化合物制成,都可以制成油墨,进行大面积印刷,
新方法制造可印刷的有机太阳能电池,最终可带来新型成本低,价格便宜的柔性太阳能电池板。
这项工作的领导是艾伦-黑格(AlanHeeger),他与吉列尔莫-巴桑(GuillermoBazan)分享了2000年诺贝尔化学奖,是因为开发了这种导电聚合物,很容易用于制造塑料太阳能电池和有机发光二极管。黑格和巴桑都是加州大学圣巴巴拉分校(UniversityofCalifornia,SantaBarbara)化学教授。
高倍放大的透射电子显微镜图像,显示平面堆叠的小分子太阳能材料晶格条纹,
聚合物太阳能电池效率不如硅太阳能电池,但很便宜就可以制备。有机材料无论是用聚合物制成,还是用所谓的“小分子”,即低分子量有机化合物制成,都可以制成油墨,进行大面积印刷。它们还轻便灵活,有望进行一些应用,如屋顶安装或太阳能电池片,为便携式电子设备充电。
使用巴桑设计的一种新型小分子,黑格制成一种太阳能电池,可以把照到上面的6.7%的光能转化为电能。巴桑预计,在一年内达到9%的效率。虽然实验室测试效率往往要远远高于生产出的电池效率,但是,这将使这些材料可媲美市场上最好的聚合物太阳能电池。
到现在为止,改善有机太阳能电池性能和成本,大部分工作都集中在开发新型高分子材料上。
巴桑采取的是,结合理论和反复试验,开发新的小分子材料。他首先优化其电气性能,使这种分子能够支持所需的高电流和电压,取得太阳能电池的功率。尤其棘手的是创造一种小分子材料,制成好的薄膜;虽然聚合物很长,而且纠结成一种稳定的薄膜,但是,小分子并不容易制成这种平面薄膜,就是制备一层太阳能电池所需的薄膜。
在实验台上摆弄很多次之后,巴桑的小组提出了一种合适的小分子和工艺,可以制备高效率的小分子太阳能电池。这项工作已经在《自然材料》杂志上介绍过。巴桑期望调整材料的设计,进一步提高性能。
黑格说,在过去,他没有认真对待小分子太阳能材料,因为性能很低。“其他人已经用过小分子,但性能远低于聚合物,”他说。
不过,在能源市场上,很难让有机太阳能电池成为真正的竞争者,尤其是因为硅电池变得越来越便宜了。“性能和使用寿命都还没有达到那一步,”杨阳(YangYang)说,他是加州大学洛杉矶分校(UniversityofCalifornia,LosAngeles)材料科学与工程教授。杨阳正在研究聚合物太阳能材料,就在他的公司,就是太阳能梅尔公司(Solarmer),他也在他的学术实验室研究小分子太阳能电池;他的目标是实验室制成的电池达到15%的效率。不过,杨阳说,圣巴巴拉分校的工作很重要,实例说明了有前途的小分子太阳能。
至于这些材料如何在市场上经营,黑格说,“还太早,难以知道,”但他认为,效率已达到一个可观的水平,而且这些太阳能材料很有前途。“现在,我们应该认真对待,”他说。
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