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新型有机光电化学设备:对环境友好可高效利用

发表时间:2019-10-05

  据日本东京工业大学官网近日报道,该校与金泽大学的科研团队开发出一款对环境友好的设备,它采用太阳能来高效地催化电化学氧化反应。

  由于目前的环境危机以及避免不可再生能源(化石燃料)的需要,绿色能源被认为是一个全球性的热门研究领域。数十年来,研究人员们一直在寻找各种途径来利用和采集太阳能。而且,将光转化为电的光伏设备的需求量也很大。

  研究人员们对这些设备的兴趣最后一次爆发,是在上世纪70年代油价引发的经济冲击之后。从那时起,这些设备的研究就取得了许多进展。虽然大部分的进展都是关于硅基太阳能电池,但是科学家们已经证明,有机光伏设备也能实现可接受的性能。采用有机材料好处很多,它们可印刷且可喷涂,从而可成为一种环境友好的工艺,不像硅工艺那样。此外,有机材料的品种繁多,可以根据每一种特定应用来专门制作。·少儿险哪个保险公司好 细说十家保险公司的儿童

  有机光伏太阳能电池,是由一层“活性层”像三明治一般夹在两个不同的电极(一个透明的前电极和一个背电极)之间组成。活性层是奇迹开始的地方。来自入射光的光子能量,通过碰撞转移至材料的电子,激发电子并使之运动,留下带正电的伪粒子,也称为“空穴”。这些空穴从技术上讲并不存在,但可用于近似地描述材料的电行为。这些电极的关键在于,每个电极都必须采集这些带电粒子中的一种(一个电极采集空穴,另一个电极采集电子),从而防止它们在活性层中重新结合。电子流过连接两个电极的外部电路,由光生电。

  然而,在电极上采集巨量的电子与空穴,并高效地将光线转化为电力,是一项颇具挑战性的任务。

  某些研究人员提议出过一个有益的建议,在靠近活性层的地方直接使用化学反应生成的空穴和电子。

  受这个建议启发,日本东京工业大学与金泽大学的博士 Keiji Nagai 所在的研究团队提出了一个简单的制造流程,用于制造有机光电化学设备,这些设备可以采集太阳能来促进化学氧化反应。

  下图所示:研究人员提出的设备结构,展示了生成的空穴(h+)如何用于促进硫醇氧化。测量到的电流在光照以及施加轻微电势的条件下急剧增加。

  一开始,他们的方案采用了一种传统有机光伏设备,该设备制造起来很简单,而且其特征也是众所周知的,并通过机械方式移除了采集空穴的背电极。暴露的活性层被涂上 ZnPc,并浸在硫醇中。这些由入射光生成的空穴直接用于硫醇氧化反应,该氧化反应受到 ZnPc 层的催化(促进)。激发的电子由遗留下的前电极流出,产生电流。

  下图所示:一个传统的有机光伏电池被移除背电极,并被加工成采集大量电子和空穴的光电化学设备。

  这个制造方案的简单性和优点,以及采集光能时测量到的效率,都非常有前景。Nagai 博士解释道:“对于构造性能良好的光电化学电池来说,香港挂牌玄机!移除背电极是一项有前景且可重复的技术。”

  研究人员们也研究了涂有 ZnPc 的活性层的地形学与电化学特性,以阐明其催化活性的原理。金泽大学的博士 Takahashi 表示:“ZnPc 涂层的效果,在我们的分析中被清晰观察到,并由光生空穴的有效积累组成。”

  环境友好的设备,例如研究人员们提出的这一种设备,将为从太阳采集能量提供更多的途径,并让我们离更加绿色的未来更近。