Солнечной энергии материал, который является чрезвычайно прочным и доступным, к сожалению, также невозможно использовать, если она почти не вырабатывает электроэнергию, таким образом, многие исследователи отказались от развивающихся органических солнечных технологий. Но в последнее время сдвиг в базовой химии имеет увеличенную выходную мощность, и новое исследование выявило парадоксальный твики создание новой химии успешным.
Сдвиг от «фуллерен» в «не-фуллерена акцепторы» (НФА), условиями, описанными ниже, и в фотоэлектрической электроэнергии, акцептор-это молекулы с потенциалом, чтобы быть электроны, что такое зрелище в бейсбол. Соответствующих доноров молекул «поле» электронов акцептор «ловцы», чтобы создать электрический ток. Высоко цитируемые химик Жан-Люк Brédas в Институте технологий Джорджии стала продолжением и развитием технологий, а также возглавил новое исследование.
«НФА являются сложными зверей и делать то, что нынешние кремниевые солнечные технологии не. Вы можете придать им форму, сделать их полупрозрачными или цветными. Но их большой потенциал заключается в возможности тонкой настройки, как их освободить и переместить электроны для выработки электроэнергии», — сказал Brédas, профессор регентов в Джорджии школы по химии и биохимии.
Набирает на кремнии
Только за последние четыре года, тюнинг НФА химии увеличила органических фотоэлектрических технологий в преобразовании только 1% солнечного света в электроэнергию на 18% конверсии в недавних экспериментах. Для сравнения, высокого качества кремниевых солнечных модулей уже на рынке конвертации около 20%.
«Теория говорит, что мы должны быть в состоянии достичь более 25% конверсии органических чиа на основе солнечных батарей, если мы можем контролировать потери энергии по пути морфологии», — сказал Тунхуй Ван, научный сотрудник лаборатории Brédas и первый автор исследования.
Морфология, формы молекул в материале, имеет ключевое значение для повышения эффективности НФА солнечные технологии, но как это работает на молекулярном уровне была загадкой. Новое исследование тщательно смоделированные маленькие хитрости для молекулярной формы и вычисляются соответствующие преобразования энергии в общей НФА электронов донора и акцептора сопряжения.
Улучшена производительность исходила не от хитрости, чтобы метафорическое руку над пропастью, ни от качки руку донора, но от чего-то сродни позиции ловца ноги. Некоторые позиции лучше выровнять «тело» акцептор с донора электронов.
«Ноги» были крошечный компонент, метокси группы, на акцептор, и две позиции из четырех возможных позиций потребовалось увеличила преобразования света в электричество с 6% до 12%. Brédas и Ван опубликовали свои исследования, органических солнечных батарей на основе фуллеренов низкомолекулярных акцепторов: влияние положения заместителей на 20 ноября 2019 года, в журнале Дело. Исследование финансировалось Управлением военно-морских исследований.
(Химические пары донор/акцептор был PBDB-т / к-Ом-1, -2, -3, или -4, в -2 и -3 показывает отличный электроэнергии.)
Неуклюжим клетки кремния
Товарный НФА на основе солнечных батарей может иметь много преимуществ по сравнению с кремнием, который требует, добыча кварцевого гравия, плавя его, как железо, очищая ее, как сталь, после резки и механической обработки его. В отличие от органических солнечных батарей начать как недорого растворители, которые могут быть напечатаны на поверхности.
Кремний клеток, как правило, жесткой и тяжелой и ослабить с теплом и светом стресс, а НФА на основе солнечных батарей-это легкий, гибкий и стрессоустойчивый. Они также имеют более сложные фотоэлектрические свойства. В НФА на основе фотоактивного слоя, когда фотоны возбуждают электроны из внешних оболочек молекул донора, электроны танцуют вокруг дырок, которые они создали, их на индивидуальные встречи с акцепторами.
«Кремний соз электрона с орбиты, когда фотоны возбуждают его за порог. Это включено или выключено; вы либо получите проводимости электронов или нет проводимости электрон», — сказал Brédas, которые тоже Вассер стул Вулли в молекулярный дизайн в технологическом институте Джорджии. «НФА тоньше. Донор электронов достигает электрона, и акцептором электронов тащит ее прочь. Возможность регулировки морфологии делает электрона передачи перестраиваемые».
Не фуллерена
Как говорит название, номера-фуллерена приемщики не фуллеренов, которые чисты, молекулы углерода с достаточно однородными и геометрических структур повторяет пятиугольные или шестиугольные элементы. Нанотрубки, графен и сажи являются примерами фуллеренов, которые были названы в честь архитектора Бакминстера Фуллера, который прославился проектирования геодезических куполов.
Фуллерены являются более ребристой в молекулярной структуре и универсальности, чем не фуллеренов, которые более свободно предназначен для гибких и bendable. НФА на основе доноров и акцепторов можно обернуть вокруг друг друга, как точное завитками шоколада и ванили тесто в пирог, давая им преимущества за донорных и принимая, например, лучше молекулярной упаковки в материале.
«Другое дело, как акцепторных молекул соединяются друг с другом так, что принятая электрон имеет токопроводящий путь к электроду,» сказал Brédas. «И это касается и доноров тоже.»
Как и в любой солнечной батареи, электроны проводимости нужен выход из фотоэлектрического материала электрода, и там должен быть обратный путь на противоположный электрод для прибывающих электронов, чтобы заполнить отверстия, которые, вылетающих электронов оставил.
Весьма впечатляющие цитаты
Награды Brédas являются многочисленными, но он особенно уделяется внимание на его Академии Google h-индекс счет, расчет влияния публикаций исследователя. Текущий счет бреда из 146, вероятно, ставит его в 700 наиболее впечатляющие опубликованы исследователями в современной мировой истории.
Он особо отметил лидером в фотоэлектрических и полупроводниковых исследований на основе доступных и практической органической химии.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!