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yb体育APP下载—效率达到 25.5%!新型聚合物可以提高有机和钙钛矿太阳能电池的性能
 时间 : 2022-08-01  

Skoltech 研究人员和其同事利用两种分歧的化学反映合成了一种用在有电机子产物的新型共轭聚合物,并展现了这两种方式对其在有机和钙钛矿太阳能电池中的机能的影响。该论文颁发在《高份子化学与物理学》杂志上。

跟着世界试图向洁净和可再生能源(例如太阳能)过渡,科学家们正在尽力使太阳能电池更有用地发电。有前景的方式包罗两种快速成长的光伏手艺,它们具有便宜的可延续太阳能发电潜力:有机太阳能电池和卤化铅钙钛矿太阳能电池。与基在晶体硅的商用太阳能电池比拟,它们的首要优势是从溶液中沉积光敏层的本钱低。它使能源出产更廉价,简化了印刷手艺和卷对卷制造的范围化,并使装备可以或许在柔性和可拉伸的概况上制造。

但是,这些手艺的普遍采取存在一些障碍。一方面,有机太阳能电池的效力还很长的路要走。这将需要调剂光敏层构成。在有机太阳能电池中,光能转换产生在由供体和受体材料的夹杂物构成的光敏层中——供体凡是是共轭聚合物。

至在钙钛矿太阳能电池,它们的认证效力到达了惊人的 25.5%,但持久不变性依然是一个问题。比来的研究注解,可以经由过程用电荷提取层笼盖光活性钙钛矿材料来提高器件不变性,从而供给有用的封装。在其他材猜中,这类庇护功能可以由共轭聚合物来实现,是以经由过程改良其合成来最年夜化其质量很是主要。

共轭聚合物具有多种主要利用,这促使我们研究优化其合成以提高其质量的方式,这将致使光伏器件的机能更好。我们的研究重点是一种特定类型的共轭聚合物,此中含有异靛蓝聚合物链中的单位。研究成果注解,在用在合成异靛蓝基材料的两种合成路子之间,Stille 反映应优先在 Suzuki 反映作为合成的最后一步,Skoltech 博士学生 Marina Tepliakova 注释说。

与来自 RAS 化学物理问题研究所的 Skoltech 教务长 Keith Stevenson 和他们的同事一路,Marina Tepliakova 合成了一种基在异靛蓝的共轭聚合物,异靛蓝染料是尽人皆知的靛蓝染yb体育app下载料的异构体。该团队采取了两种经常使用在出产异靛蓝聚合物的合成路子:Stille 和 Suzuki 缩聚反映。

共轭聚合物是有机材料,凡是在其布局中包括瓜代的供体和受体单位,这就是它们也被称为 DADAD 材料的缘由。D 和 A 单位,称为单体,经由过程各类聚合反映毗连成聚合物链,每一个聚合反映都依靠在带有某些附加官能团的单体最先。对包括异靛蓝单位作为受体组分的聚合物,有两种合成线路可用,Skoltech-IPCP RAS 团队的研究对它们进行了研究。

除上述官能团的区分外,两种合成路子在所需的反映前提方面也有所分歧。例如,铃木缩聚进程要求无机碱与两种单体一路存在在不混溶流体的夹杂物中:水和有机溶剂。相间的单体转移是经由过程称为转移催化剂的非凡份子实现的。Stille 反映凡是在一相和升高的温度下产生。另外,这两个反映都需要钯基催化剂。

我们的第一个不雅察成果是 Suzuki 反映的尺度前提与基在异靛蓝的单体合成不相容,Marina Tepliakova 评论道,利用高效液相色谱,我们不雅察到单体旌旗灯号分化为在尺度铃木前提下具有分歧保存时候的一些副产品的三个分歧旌旗灯号。这意味着异靛类单体产生了不成逆的粉碎。是以我们调剂了反映前提直到它们对材料无害为止。

在调剂铃木反映后,该团队继续利用两种路子合成聚合物。发现所得材料具有类似的份子量和光电特征。接下来,研究人员在光伏器件中测试了样品:有机和钙钛矿太阳能电池。利用 Stille 反映取得的聚合物表示出优良的机能,在钙钛矿和有机太阳能电池中的效力别离为 15.1% 和 4.1% ;铃木衍生材料的效力别离为 12.6% 和 2.7%。

该团队将机能差别归因在利用铃木反映取得的材猜中存在所谓的电荷圈套。利用一种称为电子自旋共振的手艺证实了这一假定,该手艺注解经由过程 Stille 路子取得的材料缺点少五倍。

经由过程调剂基在异靛蓝的单体合成方式,研究人员找到了一种方式来出产在光伏电池中表示杰出的高质量材料。在后续尝试中,该团队此刻正在合成多种材料,以在钙钛矿太阳能电池中进行测试。行将进行的研究将说明材料布局与装备机能之间的关系。

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