تتكون الخلية الشمسية البوليمر من متبرع من نوع بوليمر مترافق مع مشتق من فوليرين أو مشتق من أشباه الموصلات العضوية غير فوليرين n من النوع الذي يمزج بين طبقة نشطة موصلة بين قطب كهربائي موصل وقطب معدني. أصبحت المزايا البارزة لمعالجة المعالجات ، وخفة الوزن ، والقدرة على تصنيعها في الأجهزة المرنة وشبه الشفافة محور البحث في مجال الطاقة العالمي في السنوات الأخيرة.تتطلب التطبيقات التجارية للخلايا الشمسية البوليمر كفاءة عالية للجهاز ، وثباتًا عاليًا ، وتكلفة منخفضة ، وهذا يعتمد بشكل رئيسي على تطوير المواد الضوئية.
منذ أن اقترح آلان جيه هيغر وزملاؤه مفهوم التجانس الهيدروليكي السائب في عام 1995 ، تم تطوير أبحاث المواد والأجهزة الضوئية الخلوية الشمسية البوليمرية باستمرار ، وفي مرحلة مبكرة من البحث ، كانت كفاءة الجهاز منخفضة للغاية ، ويركز تركيز البحث بشكل رئيسي على التحسن. الكفاءة ، من خلال تصميم وتوليف أنظمة النطاق الضيق ، والمواد الفلطائية الضوئية الواسعة الامتصاص والبوليمر مع انخفاض مستويات HOMO ، والمواد الفلطائية الضوئية المشتقة لفوليرين مع مستويات طاقة LUMO أعلى ، لزيادة تيار الدائرة القصيرة للجهاز وفتحة الدائرة المفتوحة وكفاءة تحويل الطاقة: في السنوات الأخيرة ، مع تطوير المواد الفلطائية الضوئية غير الموصلة النانوية ذات فواصل ضيقة من النوع n وامتصاصها التكميلي لمواد الخلايا الفولتية الضوئية ذات الفجوة واسعة النطاق ، الخلايا الشمسية البوليمرية لقد ازدادت كفاءة تحويل الطاقة بسرعة ، حيث تجاوزت كفاءة الأجهزة الصغيرة في المختبر 12-13٪ ، وهو ما وصل إلى عتبة التطبيق العملي ، وبالتالي ، أصبح تحسين الاستقرار وخفض التكاليف تطبيقات عملية للخلايا الشمسية البوليمرية. على الرغم من ذلك ، فإن معظم المواد الكهروضوئية عالية الكفاءة التي تم الإبلاغ عنها حتى الآن لها بنية معقدة وصعبة التركيب ، ومن الصعب تلبية احتياجات التطبيقات التجارية. وستكون المواد الكهروضوئية الفعالة من حيث التكلفة تحديًا كبيرًا للتطبيقات التجارية للخلايا الشمسية البوليمرية.
بدعم من مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية الصينية والأكاديمية الصينية للعلوم عن المشروع، والأكاديمية الصينية للعلوم، والأكاديمية الصينية للعلوم في معهد الكيمياء، مختبر معهد المواد الصلبة العضوية الباحث الباحثين لي وينج فانج مجموعة أبحاث صممت مؤخرا وتوليفها البوليمر منخفضة التكلفة المواد الفعالة PTQ10 (التركيب الجزيئي هو مبين في الشكل أ). PTQ10 DA هو كوبوليمر هيكل بسيط فيه حلقة ثيوفين كوحدة واحدة، quinoxaline كوحدة والمتقبلة. سلاسل الجانب alkoxy أدخلت في الكينولين، البلمرة quinoxaline من أجل تحسين وتعزيز ذوبان ضوء استيعاب المواد، وإدخال مكرر استبدال ذرة الفلور مستوى هومو من البوليمر من أجل خفض وتحسين التنقل حفرة. جزيء يمكن أن يكون على مرحلتين التوليف بدءا مواد غير مكلفة (FIG. ج) في حين تحقيق ما يقرب من 90٪ المحصول الكلي، بحيث يتم تقليل التكلفة المادية إلى حد كبير. الأهم من ذلك، استخدام PTQ10 المانحة الضوئية بنية بسيطة نسبيا نوع N- IDIC أشباه الموصلات العضوية (لوحة أ) هو مستقبلات تنتج (انظر هيكل الجهاز FIG ب) من أعلى طاقة كفاءة التحويل من 12.70٪، في حين بلغت كفاءة الهيكل الخلفي للجهاز 12.13٪ (وهو ما أكدته معهد الصين للكفاءة المقاييس 12٪). وفي الوقت نفسه، وسمك طبقة نشطة في 100nm مجموعة إلى مجموعة 300nm كفاءة الجهاز يمكن أن يكون أكثر من 10٪، وهو منطقة كبيرة جدا من الجهاز أعد مفيد. البوليمرات وغيرها من كفاءة الحالية المرتفعة التي أعلن عنها في الأدب أكثر من 10٪ PV المانحة المواد مقارنة، PTQ10 إما لديهم مزايا بارزة جدا (FIG د، ه) الخطوات الاصطناعية، والعائد والكفاءة.
النظر في تكلفة منخفضة، وكفاءة عالية، وليست حساسة لسمك، وما إلى ذلك، PTQ10 وعدا كبيرا كما بوليمر لبوليمر خلية التطبيقات التجارية المادية الشمسية لهذا العمل في فبراير 21. "الطبيعة - الاتصالات" التي نشرت (نات COMMUN. 2018، 9، 743).
(A) التركيب الجزيئي للالمانحة ومتقبل IDIC من PTQ10؛ (ب) رسم تخطيطي لتكوين جهاز البطارية؛ مخطط (ج) PTQ10 من؛ (د) و (ه) خلية المانحة الشمسية خطوة تركيب المواد البوليمر، والعائد مقارنة كفاءة FIG.
