富勒烯橋在有機(jī)光伏發(fā)電中橋接導(dǎo)電間隙

有機(jī)光伏發(fā)電已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了非常高的效率，但是找到具有經(jīng)濟(jì)競爭力的高性能有機(jī)太陽能電池的最佳材料組合仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。來自美國和中國的研究人員現(xiàn)已開發(fā)出一種創(chuàng)新的中間層材料，以提高器件穩(wěn)定性和電極性能。在期刊Angewandte Chemie中，作者描述了富勒烯加標(biāo)，易加工的紫羅烯聚合物，它可以提高有機(jī)太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率。

與常見的硅基太陽能電池相比，有機(jī)光伏(OPV)涉及太陽能發(fā)電中的有機(jī)分子。OPV中的材料豐富且可加工，便宜且重量輕，并且模塊可以制成柔性且具有可調(diào)節(jié)的特性。這種材料的主要缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)長壽和高性能需要精心設(shè)置和架構(gòu)。與電極匹配的材料的優(yōu)化組合仍然是難以捉摸的。

銀或金屬金屬形成空氣穩(wěn)定，可加工的陰極，但它們也降低了器件的潛力。為了解決這個(gè)問題，北京化工大學(xué)(中國)的姚璐，馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的Thomas Russell和Todd Emrick及其研究小組開發(fā)了一種新型聚合物材料作為夾層在電極和有源層之間。該中間層必須是導(dǎo)電的并且必須通過提供界面偶極子來降低陰極的功函數(shù)。

作為一種夾層材料，研究人員研究了一類新型的帶電聚合物，即紫羅烯聚合物。“Ionene聚合物是聚陽離子，其中帶電部分位于聚合物主鏈內(nèi)，而不是作為側(cè)基，”作者解釋說。這導(dǎo)致比常規(guī)陽離子聚合物更高的電荷分布，此外，更好的可調(diào)性。Ionene聚合物提供有用的界面偶極子，但是單獨(dú)的，它們?nèi)狈λ璧膶?dǎo)電性。

因此，作者在聚合物層的結(jié)構(gòu)框架中包括富勒烯。所謂的“巴基球” - 僅由碳制成的富勒烯球 - 已經(jīng)被用作OPV裝置中的共同受體分子。它們具有高導(dǎo)電性并具有許多其他有利的性質(zhì)。

科學(xué)家們通過使用新型功能性單體創(chuàng)新傳統(tǒng)的逐步增長聚合化學(xué)來制備富勒烯 - 紫羅烯中間層材料。他們組裝了OPV設(shè)備并包括一個(gè)夾層。與沒有夾層的設(shè)備相比，結(jié)果是功率轉(zhuǎn)換效率的顯著提升- 平均為三倍。超過10%的效率指向這些模塊化設(shè)備的進(jìn)一步適用性。

這項(xiàng)工作表明，對材料成分的相對簡單的修改可以提高有機(jī)電子器件的效率，并且可以克服與硬(電極)和軟(有源層狀)材料的組合相關(guān)的固有問題。

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