新型化学合成技术可提高有机太阳能电池效率

有机太阳能电池 (OSC) 是全球努力摆脱对化石燃料依赖的重要组成部分。过去几十年来，技术的新进步使其效率和价格承受能力稳步提高。

提高其性能的一个特别有希望的方法是使用称为“聚电解质”的专用聚合物。然而，到目前为止，这些材料已被证明难以生产出用于 OSC 所需的纯度水平。

通过发表在《有机电子学》上的新研究，韩国釜山釜庆国立大学的 Joo Hyun Kim 和同事介绍了一种合成高纯度聚电解质并将其应用于 OSC 的简单新方法。

Kim 表示：“这种创新有望通过提供一种更便捷、更有效的方法来提高有机太阳能电池的性能，从而彻底改变该领域。”

聚电解质是通过在溶液中溶解带正电和负电的离子组装而产生的。此前，研究人员展示了如何通过使用聚合物作为“阴极夹层”来提高 OSC 效率：阴极夹层是位于阴极(电子从电池中流出的地方)和活性层(入射的阳光在此转化为电能)之间的薄层材料。

效率的提升源于聚电解质独特的电子结构，它增强了活性层中产生的电子的收集，同时降低了电子从活性层流向阴极的阻力​​。

“在目前流行的聚电解质生产方法中，去除多余的起始材料仍然是一项费力且耗时的任务，”Kim 解释道。“因此，我们提出的更简单的净化方法预示着一条提高有机太阳能电池效率的有希望的途径。”

在他们的研究中，Kim 的团队采用了一种新颖的化学工艺来组装聚电解质，而无需多余的起始材料。

“我们使用的聚电解质将离子基团整合到聚合物侧链中，使其可溶于酒精，”Kim 描述道。“我们引入了一种离子交换技术来改性这些聚合物，旨在将它们用作 OSC 中的阴极夹层。”

在这个简单的过程中，溶解的聚电解质所带的负电荷与周围酒精溶液中的不同电荷发生交换。这使得研究人员能够调整溶解聚合物离子之间的相互作用，一旦这些分子结构单元结合在一起，这将决定聚电解质的性质。

总而言之，这种方法让 Kim 的团队无需耗费时间进行净化，就能在 OSC 的阴极夹层中实现出色的性能。在他们的实验中，这种方法使他们能够将阳光转化为电能的效率提高 9% 以上。

“结果表明，这些聚电解质在作为有机太阳能电池阴极夹层方面具有巨大潜力，”Kim 说道。“它们还具有通过简单的阴离子交换过程增强界面特性的额外优势，无需复杂的净化步骤。”

研究团队现在希望他们的方法能够得到更广泛的应用，从而加速全球可再生太阳能的推广，进一步减少我们对化石燃料的依赖。

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