科学家开发出太阳能电池用新型聚合物材料
时间:2017-08-16 10:27来源:科技部 作者:综合报道
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迄今为止，世界上80%以上的能源是通过燃烧石油、天然气和煤产生的。首先，这会导致严重的环境污染；其次，人类在过去不到两百年的时间里已消耗了经过数百万年形成的全球石油资源可开采储量的一半以上。目前，世界各地的科学家的主要目标集中在如何提高太阳能的光电转换效率，却很少有人关注太阳能电池板基体材料的稳定性。
在俄罗斯科学基金会资助下，以俄科院化学物理问题研究所科学家为首的国际团队开发出以有机半导体材料（共轭聚合物和富勒烯衍生物）为基体的高效稳定的薄膜太阳能电池，这是一种光化学和热稳定性较高、且具备可有效适用于有机太阳能电池的最佳性能的新型光敏材料。有机太阳能电池由于光电转换成本比化石燃料价格更低，因而有望彻底改变全球能源产业。研究成果发表在《Journal of Materials Chemistry》杂志材料上。
太阳光是一种很有前途的环保、廉价的能源。据估算，全人类每年能量需求约为20太瓦，而太阳每年辐射到地球的能量约105太瓦。因此，太阳可视做现代社会取之不尽用之不竭的能源。以有机半导体材料为基体的太阳能电池具有重量轻、成本低、灵活性等特点，已经引起研究人员和创新型企业的极大关注。
俄科学家的研究成果主要包括：
一是创建了适用于有机太阳能电池的新的共轭聚合物组，并发现使用单体单元在主链中无序排列的不规则共聚物，其光电特性明显优于链节以严格顺序交替排列的常规结构聚合物。研制开发的以共轭聚合物为基体的有机太阳能电池的效率大于7%，这是国际上面积大于1平方厘米的同类装置中能得到的最好结果之一。
二是开发出用于有机太阳能电池、以富勒烯衍生物为基体的新型电子受体材料，这种新型材料能够保证有机太阳能电池在140℃高温下运行稳定。这是实现有机太阳能电池类设备长期稳定运行并得到实际应用的重要步骤。
俄科学家在以色列内盖夫沙漠中对若干类型的有机太阳能电池进行了实地试验，研究了影响太阳能电池操作稳定性的最重要因素。结果发现，采用电子顺磁（自旋）共振法可以轻松完成材料的光稳定性筛查并找出最具前景的结构。
上述研究工作是与德国弗劳恩霍夫太阳能研究所、巴伐利亚能源产业应用研究中心和以色列本-古里安大学的科学家合作完成的。
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