新型聚合物-纳米晶杂化太阳能电池

有机-无机杂化太阳能电池不仅具有聚合物电池质量轻,成本低,加工容易,有一定的柔韧性等优点,还兼具无机太阳能电池中,无机材料载流子迁移率高的优势。特别是近些年兴起的聚合物-纳米晶杂化太阳能电池,由于纳米晶连续可调的光电性质而受到了人们进一步的的广泛关注。

基于绿色化学的概念,人们越来越多的希望通过清洁环保的方法来制备清洁的能源。针对这样的科学问题,吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室的杨柏教授课题组通过设计合成了水溶性的光电材料,并用水相操作的过程来制备较为环保的高效的太阳能电池器件,制备过程中由于避免了氯仿、氯苯等高毒性的有机溶剂从而实现对环境的保护。该课题组通过典型的Wessling聚合制备了水溶性聚3,4-二溴噻吩乙炔-苯乙炔共聚物PBTPV。由于在其主链中引入了噻吩环,这使得聚合物的载流子迁移率得到了有效的提高,而且PBTPV的吸收较大多数的水溶性共轭聚合物要好,起始吸收峰达到了近700nm。同时由于聚合物主链上保留了部分的苯环,这保证了聚合物前驱体在水中有较好的溶解性。

PBTPV成膜后经过简单的退火就可形成有效的共轭结构。这种水溶性共聚物表现出了良好的空穴迁移能力,场效应晶体管器件表征显示PBTPV的载流子迁移率达到了5×10-4 cm2·V-1·s-1 。基于这样的实验结果,该课题组又通过与水溶性的CdTe纳米晶杂化,制备了水相操作的杂化太阳能电池器件。通过退火CdTe纳米晶在异质结薄膜中原位有效的生长,并相互连接,形成连续相,与PBTPV形成了有效的互穿网络结构。而且异质结薄膜的表面形貌的得到了有效的调控。最终器件的光电转换效率达到了3.3 %,与目前用油相方法制备的杂化器件效率相当,并展现了良好的应用前景。

徐 广臣 About 徐 广臣

MaterialsViewsChina专栏作者,同时为WILEY出版集团旗下的材料科学类期刊提供作者服务。

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