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全新的分子结构具备实现内置 p/n 结自然形成的能力而这一特性恰恰是达成高效光 - 电转换的关键所在。
大阪都市大学的科学家们成功研制出一种能够自然形成 p/n 结正负结的分子此结构对于将阳光转化为电能而言有着举足轻重的意义。
他们的这一研究成果已发表于《德国应用化学国际版》Angewandte Chemie International Edition。
科学家们认为该成果为生产更高效的有机薄膜太阳能电池开辟了一条前景十分广阔的捷径。
有机薄膜太阳能电池采用的是碳基化合物半导体而非传统的硅材料。
正因如此它们具有轻便、柔韧且经济实惠的显著优势。
这些电池能够制成油墨用于印刷在诸如窗户膜甚至服装等日常用品之上。
然而其效率相较于传统硅太阳能电池仍存在一定差距。
实现高性能的关键在于在 p 型正电和 n 型负电材料之间构建出最佳界面。
有机太阳能电池以其可灵活调谐的电子特性而著称这使得研究人员能够对其排列和形貌进行调整进而优化界面。
不过要对其进行最佳调优依旧充满了挑战。
大阪市立大学工学研究科副研究员、该研究的主要作者前田武志Takeshi Maeda指出“‘p/n 异质结’必须经过精准调谐才能够实现光吸收时所产生电荷的快速分离与传输。
”他还进一步表示“传统上这些界面是通过物理混合 p 型和 n 型分子来形成的。
但哪怕是工艺条件出现细微变化都有可能导致混合不均匀、结构不稳定以及器件性能下降等问题。
”为应对上述挑战研究团队将精力聚焦于一种替代策略在单个分子内集成 p 型和 n 型半导体组件。
他们精心设计了一种名为 TISQ 的“供体 - 受体 - 供体”Donor–Acceptor–Donor分子。
该分子通过能够促进氢键形成的酰胺基团相互连接可自发地进行自组装从而形成独特的纳米级结构。
这有望为构建内置 p/n 异质结提供一条更为稳定的途径。
尽管目前所制备电池的功率转换效率尚处于较低水平还需要开展进一步的研究才能够实现实际应用但这项研究充分展示了分子自组装如何直接转化为电子功能为未来的有机光电器件提供了全新的设计思路。
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