Credit:LuYago/Shutterstock太阳能电池无疑将在可持续能源的未来发挥重要作用。聚合物太阳能电池(PSCs)特别提供了一个极好的选择，因为它们生产成本低廉，并且可以是柔性和半透明的。三元聚合物太阳能电池显示出令人鼓舞的能量转换效率，但是并不总是清楚为什么。现在，来自筑波大学和广岛大学的研究人员已经更仔细地观察了PSC的运行情况。他们的发现发表在《npj柔性电子学》上。PSC通常包含p型半导体材料和n型半导体材料的混合物。当阳光照射在电池上时，这种混合物为电流提供了电荷载体(空穴和电子)的正确组合。
含有这两种成分的混合物被称为二元PSC。然而，最近发现，在混合物中添加一种额外的成分——即所谓的三元PSC——可以提高太阳能电池的功率转换效率(PCE)和稳定性。问题是，到目前为止，没有人彻底调查原因。
因此，研究人员在PSC运行时进行了电子自旋共振(ESR)光谱分析。这让他们有机会观察当细胞被阳光照射时电子和空穴的行为，并在分子水平上得到答案。
“据报道，随着时间的推移，电荷的积累会导致电池性能恶化，”研究作者Itaru Osaka教授和研究通讯作者Kazuhiro丸本莉子教授解释说。“因此，我们使用ESR来研究聚合物PTzBT和大分子PC61BM的系统模型。人们发现，向这个系统中添加一种被称为ITIC的受体分子可以提高PCE和细胞的稳定性，因此我们仔细观察了有ITIC和没有的细胞，以确定原因。”
ESR谱学实验表明，由于PC61BM中电子和PTzBT中空穴的积累，短路电流降低。发现加入ITIC通过增强活性层中链状PTzBT聚合物分子的取向来减少这种积累。
研究通讯作者丸本莉子和弘教授说:“能够理解某些东西为什么会起作用，对于确保效果被优化到最大潜力是很重要的。”。“通过获得ITIC对一个非常有前景的PSC系统的影响的分子水平图片，我们相信我们已经向聚合物太阳能电池的商业现实迈出了一步，这是绿色未来的一部分。”
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