Using and Understanding Forster Resonance Energy Transfer in Organic Polymer Based Solar Cells

使用和理解有机聚合物太阳能电池中的福斯特共振能量转移

基本信息

  • 批准号:
    1410171
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-07-01 至 2016-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project is jointly funded by the Electronic and Photonic Materials (EPM) and the Solid State and Materials Chemistry (SSMC) Programs, both in the Division of Materials Research (DMR).Non-technical Description: There is a great need for new energy sources, and solar cells are one of the potential solutions. This project aims to provide the scientific foundation for the development of new high-efficiency organic solar cells, which are made from inexpensive and sustainable materials that are easy to manufacture. Specifically, this project explores how the incorporation of additional tailor-made components to more common organic solar cell structures affects the properties of the devices. These components have been shown to increase solar cell efficiency, and this research focusses on understanding how this improvement occurs. The elucidation of how these components operate allows the team to rationally design new materials for incorporation into solar cells. A number of undergraduates, two graduate students and one post-doctoral researcher are involved in the research project and trained in both chemistry and materials science. Outreach to K-12 students includes local school students' visiting research laboratories at Yale, as well as lectures and demonstrations at local schools about solar cells and alternative energy.Technical Description: This project explores the hypothesis that the addition of one or more types of dye molecules to simple binary donor/acceptor polymer solar cells can increase the spectral absorption range of the device and enhance exciton harvesting by facilitating Forster Resonance Energy Transfer (FRET). The hypothesis is being verified through the investigation of the photophysical and structural properties of the ternary and higher order devices using a range of techniques including ultrafast optical spectroscopy, microscopy and wide-angle X-ray scattering. The key issues addressed in this research project include the effects of the dye molecules on the recombination rate, the photon absorption efficiency, and device morphology. This fundamental materials study is expected to lead to the rational design of new dye molecules and polymers with desired properties.
该项目由材料研究部(DMR)电子与光子材料(EPM)和固态与材料化学(SSMC)项目联合资助。非技术描述:对新能源的需求很大源,而太阳能电池是潜在的解决方案之一。该项目旨在为开发新型高效有机太阳能电池提供科学基础,这种电池由易于制造的廉价且可持续的材料制成。具体来说,该项目探讨了将额外的定制组件纳入更常见的有机太阳能电池结构如何影响设备的性能。这些组件已被证明可以提高太阳能电池的效率,本研究的重点是了解这种改进是如何发生的。阐明这些组件的工作原理使团队能够合理设计用于太阳能电池的新材料。多名本科生、两名研究生和一名博士后研究员参与了该研究项目,并接受了化学和材料科学方面的培训。对 K-12 学生的宣传包括当地学校学生参观耶鲁大学的研究实验室,以及在当地学校进行有关太阳能电池和替代能源的讲座和演示。 技术说明:该项目探讨了这样的假设:添加一种或多种类型的太阳能电池将染料分子添加到简单的二元供体/受体聚合物太阳能电池中可以增加设备的光谱吸收范围,并通过促进福斯特共振能量转移(FRET)来增强激子收集。该假设正在通过使用超快光谱、显微镜和广角 X 射线散射等一系列技术对三元和更高阶器件的光物理和结构特性进行研究来得到验证。该研究项目解决的关键问题包括染料分子对复合率、光子吸收效率和器件形态的影响。这项基础材料研究预计将有助于合理设计具有所需性能的新型染料分子和聚合物。

项目成果

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