半导体材料领域实现重大突破

科技工作者之家 2018-01-19

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▲密歇根大学Randall实验室正在进行有机太阳能电池测试。

不久前,密歇根大学的研究人员找到了在有机太阳能电池或有机半导体材料中远程传输电子的方法,这一成果将推动低成本太阳能的应用进程。“多年以来,人们将有机物的低导电性视作其在能源传输领域应用不可逾越的鸿沟,但我们的研究成果证实事情并非如此。” 该项目的主持者密歇根大学教授Stephen Forrest讲道。

与现在广泛使用的无机太阳能电池不同,有机太阳能电池可以由廉价的、柔性碳基材料(如塑料)制成。制造商们可以将有机太阳能电池以任意颜色、任意形状层压至任何材料的表面。然而,由于有机物的导电性能太差,这方面的研究进程被大大延缓了。Forrest认为他们的研究成果将改变这一情况。其研究论文已发表于1月17日出版的《自然》中。

Forrest团队发现一层薄薄的富勒烯分子(球形碳分子,又名巴基球)可以使电子从被光子撞击处移动数厘米。这相对于目前有机太阳能电池中电子仅仅几百纳米的移动距离来讲,可谓云泥之别。

电子在原子之间的移动,形成了太阳能电池或电子元件中的电流。目前在无机太阳能电池和其他半导体中使用的硅基材料,其原子网络间连接非常紧密,因此电子可以轻松地进行移动。有机材料中单个分子间的键合比较松散,会对电子产生捕集作用,从而导致了有机材料的致命缺陷。根据Forrest团队的最新成果,或可通过微调其导电性能以适应特定应用需求。使电子在有机半导体材料中更加自由的移动,这将对有机太阳能电池制造业产生深远的影响。

“不过对这一结果也不能过分乐观。”Forrest提醒到。他们的研究成果在诸如太阳能电池等器件中的广泛应用尚处于理论阶段。但是他对于其成果可能对有机半导体研究产生巨大影响是持兴奋态度的。“我认为无所不在的太阳能是为我们日益变暖和日渐拥挤的地球供能的重要来源,将太阳能电池加装到建筑外墙或者外窗,就能在不知不觉中获取廉价的电力了。”

科界原创

编译:雷鑫宇 审稿:alone  编辑:张梦

来源:https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180117131139.htm

半导体材料 有机太阳能电池

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