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新技术可以改变太阳能储存

em加州大学洛杉矶分校的化学家们开发出了一项能够储存太阳能达数周的新技术 - 这一进步可能会改变科学家设计太阳能电池的思维方式。 / em

目前大多数住宅屋顶太阳能电池板中的材料每次只能存储几个微秒的太阳能。由加州大学洛杉矶分校化学家开发的新技术能够储存太阳能长达数周 - 这一进步可能会改变科学家设计太阳能电池的思维方式。

研究结果于6月19日发表在“科学”杂志上。

新设计灵感来自植物通过光合作用产生能量的方式。

“生物在从阳光中创造能量方面做得非常好,”加州大学洛杉矶分校化学教授莎拉托尔伯特说,这项研究的高级作者之一。 “植物通过光合作用达到极高的效率。”

Tolbert说:“在光合作用中,暴露在阳光下的植物使用细胞内精心组织的纳米级结构来快速分离电荷 - 将电子从留下的带正电的分子中拉出,并保持正电荷和负电荷分离。 “这种分离是使流程如此高效的关键。”

为了捕获阳光下的能量,传统的屋顶太阳能电池使用硅,这是一种相当昂贵的材料。目前,使用塑料而不是硅来制造成本更低的太阳能电池是一个巨大的推动,但是今天的塑料太阳能电池效率相对较低,很大程度上是因为分离的正电荷和负电荷在它们变成电能之前经常重新结合。

Tolbert说:“现代塑料太阳能电池不像植物那样具有明确的结构,因为我们从未知道如何制造它们。” “但是这个新系统将费用分开,并将它们分开几天,甚至几周。一旦你做出正确的结构,你可以大大提高能量的保留。“

UCLA开发系统的两个组件是聚合物供体和纳米级富勒烯受体。聚合物供体吸收阳光并将电子传递给富勒烯受体;该过程产生电能。

被称为有机光伏材料的塑料材料通常被组织成一盘煮熟的意大利面 - 这是一种无序的聚合物“意大利面条”,其中包含随机的富勒烯“肉丸”。但这种安排使得难以从电解槽中取出电流,因为电子有时跳回到聚合物面条并丢失。

加州大学洛杉矶分校的技术更加整齐地排列元素 - 就像一小堆未煮过的意大利细面条和精确放置的肉丸。一些富勒烯肉丸被设计成坐在意大利面条束内,但其他人被迫留在外面。结构内的富勒烯从聚合物中获取电子并将它们投掷到外部的富勒烯上,这可以有效地使电子远离聚合物数周。

“当收费再也没有回来的时候,这个系统的运行效果要好得多,”加州大学洛杉矶分校化学教授Benjamin Schwartz说,他是另一位资深合着者。 “这是第一次使用现代合成有机光伏材料进行展示。”

在新系统中,材料仅靠靠近而自行组装。

“我们非常努力地设计一些东西,所以我们不必非常努力,”Tolbert说。

新设计比当前技术更环保,因为材料可以在水中组装而不是当今广泛使用的更有毒的有机溶液。

“一旦你制作了这些材料,你就可以将它们倒入水中,并且由于材料的设计方式,它们会被组装到合适的结构中,”Schwartz说。 “所以没有额外的工作。”

研究人员已经在研究如何将这项技术融入到实际的太阳能电池中。

加州大学洛杉矶分校化学教授Yves Rubin和该研究的另一位高级合着者领导了创建独特设计分子的团队。 “我们还没有真正的设备中使用这些材料。这一切都在解决,“他说。 “当我们可以把它们放在一起并形成一个闭路,那么我们真的会在某个地方。”

尽管如此,加利福尼亚大学洛杉矶分校的研究已经证明,廉价的光伏材料的组织方式可以大大提高其保留阳光能量的能力。

Tolbert和Schwartz也是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的成员。该研究的其他共同主要作者是加州大学洛杉矶分校研究生Rachel Huber和Amy Ferreira。加州大学洛杉矶分校的NanoMachines电子成像中心在由Hong Zhou领导的实验室中对组装结构进行了成像。

该研究得到了美国国家科学基金会(CHE-1112569)和美国能源部资助的能源前沿研究中心分子能工程材料中心(DE-AC06-76RLO-1830)的支持。费雷拉得到了Clean Green IGERT的支持(授予DGE-0903720)。

出版物:Rachel C. Huber等人,“在共轭聚电解质 - 富勒烯组装中长寿命光致极化形成”,Science 19 June 2015: 348号6241第1340-1343页; DOI:10.1126 / science.aaa6850

来源:加州大学洛杉矶分校新闻室Melody Pupols