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薄膜太阳能电池新突破开发控制高分子半导体

发布时间:2021-09-21 01:04:02人气:
本文摘要:在2014年7月10~11日举行的研讨会思维有机电子新方向上,日本理化学研究所创发分子功能研究组高级研究员尾坂格同台公开发表演说,讲解了目的应用于有机薄膜太阳能电池的高分子半导体的研发情况,演说题目为基于分子设计的高分子半导体高阶结构掌控。 一般来说,作为应用于有机薄膜太阳能电池和有机晶体管的半导体材料,较低分子材料的载流子迁移率更高,更容易使器件展现出出有高性能。与非晶硅比起,较低分子有机半导体的载流子迁移率要高达一位数,超过了10cm2/Vs。

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在2014年7月10~11日举行的研讨会思维有机电子新方向上,日本理化学研究所创发分子功能研究组高级研究员尾坂格同台公开发表演说,讲解了目的应用于有机薄膜太阳能电池的高分子半导体的研发情况,演说题目为基于分子设计的高分子半导体高阶结构掌控。  一般来说,作为应用于有机薄膜太阳能电池和有机晶体管的半导体材料,较低分子材料的载流子迁移率更高,更容易使器件展现出出有高性能。与非晶硅比起,较低分子有机半导体的载流子迁移率要高达一位数,超过了10cm2/Vs。

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  而高分子有机半导体的载流子迁移率目前仅有为0.1~0.5cm2/Vs。应用于薄膜太阳能电池时不能构建5~7%的较低水平发电效率。因此,尾坂等人的小组仍然致力于利用高分子半导体构建低载流子迁移率和低发电效率,并尝试通过改良高分子半导体的分子设计来构建这一目标。

  提升载流子迁移率,掌控倾向  提升高分子半导体的载流子迁移率的基本方针是提升分子间的相互作用。以前,使用米粉环电子体系曾被指出是一种有效地方式,但研究结果表明,这与载流子迁移率的提升并没必然联系。为此,尾坂等人研发出有了分别制作具备电子体系的Naphthodithiophene(NDT)分子的4种异构体的方法。将用于这些异构体作为主链的高分子(NDT聚合物)制备,并检测其载流子迁移率。

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结果显示,主链形状相似直线的NDT聚合物的载流子迁移率较高,为0.8cm2/Vs。  在应用于薄膜太阳能电池时,必需要不断扩大光吸收波长。尾坂等人把重点放到需要增大带隙的Donor-Acceptor型聚合物上,最后指定了其中一种具备缺电子体系的材料,这种分子名为Naphthobisthiadiazole(NTz)。

尾坂等人研发了具备NTz结构的聚合物,顺利制作出有了发电效率超过8%左右的有机薄膜太阳能电池。  此外,尾坂等人还制备了不具备所含烷基的NDT(烷基移位NDT)的聚合物。在引进烷基后,仔细观察到了聚合物的倾向从edge-on(聚合物垂直基板、呈圆形纵向连接的配备)向face-on(聚合物平行于基板层层变换)改变的现象。face-on配备需要在膜薄减少的情况下构建低载流子迁移率,在应用于太阳能电池时具备优势。


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