新方法快速有效確定最佳的有機太陽能電池混合物

來源：北卡羅來納州立大學

國際上研究人員發現了一種新的定量關係，這種關係可以快速識別應用前景較大的有機太陽能電池材料之間的組合。通過這一發現大大降低了探索太陽能電池材料時間，從而提高效率。這一研究成果在《自然》雜質上發表。

目前，化學家們致力於設計更有效的有機太陽能電池，這種太陽能電池更依賴於對其 「報廢后」或成品分析中的材料分布情況。也就是說，如果他們想知道太陽能電池中的供體和受體分子是如何接觸和相互作用的，他們必須首先產生混合物併產生可以在分子水平上檢驗的樣品。例如，我們現在擁有的高性能太陽能電池是通過一種勞動密集型、反覆試驗的方法製造的，該方法開發了1000多種材料組合，並研究了每種材料的最佳加工條件。

北卡羅來納州大學的創新傑出物理教授、也就是本文的作者哈拉爾德?阿德( Harald Ade )說：「太陽能電池層中分子之間的作用力決定了它們混合的程度——如果它們之間吸引力更多，它們就會混合，但如果它們相互排斥，它們就不會混合。這種作用力也會使得高效太陽能電池存在一種微弱的平衡關係。如果這些區域相互作用力太大或太小，就不能實現電荷的有效分離和聚集。正如我們所知道，決定引力和斥力的決定性因素是溫度，這很像把糖溶解在咖啡中，糖與咖啡的飽和度或最大混合量會隨著溫度的升高而提高。

來自北卡羅來納州的第一作者Long Ye和來自香港科技大學的化學家He Yan，開始著手來判定這些有機太陽能電池中的系統是在什麼溫度下，實現了兩種不同的材料變成一種均勻混合物。 利用二次離子質譜法和X射線顯微鏡，團隊能夠看到不同溫度下的分子相互作用，以了解相變的發生時間。 X射線散射使他們能夠檢查該區域的混合物組成。 最終結果是一個參數和定量模型，描述域混合作為溫度的函數，可以用來評估不同的混合物。

Ade說：「我們計算出糖在咖啡中的飽和度是溫度的函數，利用這個溫度參數可以知道該系統中的溶解度極限，這將會讓化學家們確定在什麼溫度下反應可以達到最大程度並且得到最好的使用性能。」

Ye說：「過去，人們在室溫下使用粗略的近似值在研究該系統中的變數。所以不能夠精準的測量溫度越來越高時反應過程會發生什麼變化，。測量和模擬這或者能夠變數的能力也會為我們的反應過程不僅僅是材料，提供非常有價值的參考，大體上講，我們的方法可以保證在生產製造過程中實現有機物在任何溫度下的混合。」

Ade說：「目前，化學家們通過控制變數法，即改變一個元素，利用實驗驗證這個元素是否對於太陽能電池來說是一個好的材料，但是如果他們的加工條件出現問題，就會錯過很多可能是好的材料。我們的參數可以測量飽和度，所以他們能夠判斷出在生產設備之前材料系統是否完善，我們的最終目標就是形成一個框架和實驗基礎，這樣一個費力得到的化合物在被應用之前可以在計算機中進行模擬，從而預估它的化學結構變化。」

文章來自sciencedaily網站，原文題目為New approach could quickly identify best organic solar cell mixtures，由材料科技在線匯總整理。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！