有机太阳能电池可替代传统太阳能电池

有机太阳能电池可以是无机太阳能电池的廉价且通用的替代品。但是，它们的低效率和有限的使用寿命目前使它们不适合商业用途。

为了提高性能并使这些太阳能电池更接近实际应用，西北大学与能源部(DOE)阿贡国家实验室合作的阿贡西北太阳能研究中心(ANSER)的研究人员，已经更好地了解了有机太阳能电池的分子结构是如何形成的。

研究人员使用能源部科学用户设施办公室Argonne的高级光子源(APS)，分析了有机太阳能电池在不同条件下生产时晶体结构如何发展。借助APS，研究人员了解了某些添加剂如何影响获得的微结构，从而提供了可以提高细胞效率的新见解。

科学家们专注于电池的光敏层，该光敏层由吸收阳光中的能量并将其转化为电流的薄膜构成。研究人员通过旋涂生产了薄膜，旋涂是研究实验室广泛使用的薄膜制造工艺。

在旋涂中，科学家将溶解在溶剂中的材料滴在旋转的表面上。这导致它散布成薄而均匀的薄片。他们在APS的X射线光束线上安装了旋涂机，并观看了影片的晶体结构实时变化。

为了查看微晶如何完整而详细地形成，研究人员利用一种称为掠入射宽角X射线散射(GIWAXS)的特定原位方法来收集X射线衍射数据。

这项研究的第一作者，10月9日发表在《先进材料》上的西北大学研究生埃里克·曼利说：“正是这种特殊的旋涂装置的稳定性和可重复性才使这项研究得以实现。”

通过新的实验设置，这项研究的最重要发现是某些添加剂如何显着影响薄膜结构停止变化所需的时间以及薄膜在演化过程中采用的中间结构。即使在溶剂溶解后，根据存在的添加剂，结构仍可以持续变化数秒至数小时。用添加剂生产得较慢的薄膜通常比形成较快的薄膜性能更好。

“太阳能电池制造商通常会在旋涂后迅速进入下一步生产，这有可能在结构仍在形成时锁定形态。这可能对电池的性能产生正面和负面的影响，” Manley说。“我们发现我们需要报告制造步骤之间的时间，以控制条件以重现最佳结果。”

研究人员计划研究更复杂的结构，并研究不同的选择如何优化性能。Argonne的X射线科学部门的时间分辨研究小组成员，物理学家约瑟夫·斯特拉卡(Joseph Strzalka)说：“我们希望这将为使这些细胞在日常应用中更具生存能力铺平道路。”