研究人员使有机太阳能电池免受水空气和光的破坏

研究人员已经设计出一种通过打蜡来实现有机太阳能电池板稳固性的方法：通过打蜡实现脱毛的分子当量：它们使用胶带从电池的光活性层的最顶层表面剥离电子接受分子。由于与传统硅太阳能电池相比的优势，有机太阳能电池市场预计将在2017年至2020年间增长20%以上：它们可以使用卷对卷加工大规模批量生产;包含它们的材料可以很容易地在地球上找到，并可以通过绿色化学应用于太阳能电池;它们可以是半透明的，因此在视觉上不太干扰 - 这意味着它们可以安装在窗户或屏幕上，是移动设备的理想选择;它们非常灵活，可以伸展;它们可以超轻量级。

然而，与硅太阳能电池不同，有机电池非常容易受潮，氧气和阳光本身的影响。最先进的修复包括封装电池，这增加了生产成本和单位重量，同时降低了效率。

纽约大学Tandon工程学院的研究人员发现了一种使有机太阳能电池板更加坚固的显着方法，包括通过相反的方式赋予对氧气，水和光的抵抗力：去除而不是添加材料。

由纽约大学Tandon工程学院化学与生物分子工程教授AndréTaylor领导的团队，包括纽约大学博士后研究员Jaemin Kong和耶鲁大学变革材料与器件实验室的研究人员，进行了分子当量研究。通过打蜡去除毛发：他们使用胶带从太阳能电池的光活性层的最顶部表面剥离电子接受分子 - 共轭富勒烯衍生物苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)，仅留下非反应性有机聚合物暴露。器件降解的主要原因之一是这些富勒烯衍生物的氧化。从暴露的薄膜表面去除PCBM可以减少遇到氧分子和水等氧化源的可能性，

通过选择性去除顶部电极附近的电子受体的水下有机太阳能电池，在四月份ACS Energy Letters的封面故事中，该团队测试了一种有机电池，其活性层是PCBM和更具弹性的共轭聚合物的混合物，聚(3-己基噻吩)(P3HT)。在将胶带施加到膜的光活性层表面后，他们用热和压力处理电池，并且一旦膜恢复到室温，就从膜表面缓慢地除去胶带。

研究人员表示，之后只剩下6%的PCBM受体组分，形成了富含聚合物的表面。他们解释说，这最大限度地减少了富勒烯电子受体与氧和水分子的接触，而富含聚合物的表面显着增强了光活性层和顶部金属电极之间的粘附力，这恰好可以防止屈曲带来的另一个问题：电极分层。

“我们最终的研究结果表明，选择性去除顶部电极附近的电子受体导致高度耐用的有机太阳能电池甚至可以在水下工作而不需要封装，”泰勒说。

Kong补充说：“我们展示了细胞在接触水的情况下持续多长时间而不会显着降低效率，”孔说。“”此外，使用我们的胶带剥离技术，我们可以控制光活性层垂直方向的成分分布，从而更好地从太阳能电池中提取电荷。“

泰勒表示，术后应力测试包括对太阳能单元进行10,000次弯曲循环，以证明该技术是稳健的。他解释说，它还赋予有机太阳能电池防水性，这对太阳能潜水表等产品来说是一个福音。

“但是如果你看一下太阳能电池板的明显用例，就必须确保有机光伏电池可以在屋顶，雨雪中与硅竞争。这就是有机太阳能电池长时间无法竞争的地方我们正在展示实现这一目标的途径，“泰勒说。

该研究得到了美国国家科学基金会的资助和NSF科学家和工程师的总统早期职业奖。