国际合作皇冠体育研究在太阳能发电中使用软材料作为半导体

2022年10月11日

国际合作皇冠体育研究在太阳能发电中使用软材料作为半导体

塔米·阿尔托夫著

Professor Furis (left) with a University of Vermont undergraduate student (right) working at the Scanning Electron Microscopy facility at Yamagata University with graduate students from the Yoshida group in 2018.

2018年，Furis教授（左）与佛蒙特大学的一名本科生（右）在山形大学的扫描电子显微镜设施中与吉田集团的皇冠体育研究生一起工作。

寻找更经济、更清洁、更高效的能源形式的竞赛正在进行，一项国际皇冠体育研究合作正在努力寻找一种解决方案，通过使用有机、软电子材料作为半导体来优化太阳能发电。

Madalina Furis博士和皇冠体育大学量子皇冠体育研究与技术中心的皇冠体育研究人员将与佛蒙特大学、日本山形大学和大阪大学合作，皇冠体育研究在软电子材料中收集、储存和转移能量。这项为期三年的皇冠体育研究是美国国家科学基金会国际皇冠体育研究与教育伙伴关系项目150万美元资助的重点。

此次合作将使皇冠体育研究人员前所未有地接触到日本的软材料和光电子器件制造和表征设施，并促进与未来半导体行业的联系，使下一代软电子材料的快速发展成为可能。

弗里斯说：“当然，光伏发电是美国感兴趣的一个主要战略领域，因为它是一个专注于收集阳光（太阳能量）的皇冠体育研究领域，以便从有限寿命的能源中获得自由。”“因为我们正在谈论从太阳收集光和辐射，半导体的光学特性——它们吸收阳光并最终将其转化为电能的能力——是整个努力的核心。”

皇冠体育研究团队包括光伏专家，以及能量如何在设备中运输或移动的专家和设备制造专家。

Furis说，传统上，当人们听到软物质时，他们不一定会想到半导体工业。

International Research Experience in Organic Electronics 2019 participant Georgia Babb while a chemistry student at the University of Vermont, is pictured here preparing conductive gels for soft matter 3D printing in the Furukawa lab at Yamagata University.

2019年有机电子学国际皇冠体育研究经验的参与者Georgia Babb是佛蒙特大学的一名化学学生，图为她在山形大学的古川实验室为软物质3D打印准备导电凝胶。

“他们更多地考虑聚合物、空气凝胶等东西；他们并不认为电子应用是必要的，当然，我们有一个闪亮的例子——OLED电视中的有机发光二极管本质上是由软物质制成的。”“这些发光二极管内部的半导体是碳基分子半导体。”

Furis说，她的团队正在努力了解这些类型的有机软物质半导体的特性，以提高光伏发电的效率，同时也将材料的价值扩展到传统用途之外的其他类型的应用中，例如可穿戴医疗设备。例如，对患者来说，更小、更高效、侵入性更小的可穿戴长期诊断设备可能有助于更好地了解慢性病的发病和演变。

“它可能会彻底改变整个医疗行业，改变我们向人们提供医疗保健的方式。我们基本上可以廉价地监测生命体征，而且不会对人们造成任何干扰。”“其中许多分子，有些几乎没有被皇冠体育研究过，都与人体生理学完全相容。”

这项技术还可以让设备从一种分子切换到另一种分子，甚至使用兼容分子的混合物。

“我经常听到同事们说，现在正在寻找一种小分子，它将成为有机电子产品的硅。我们认为这种方法不能充分利用碳基半导体的多功能性和多样性。“我们的愿景是，最终，我们将拥有一组小分子，与相同的技术流程兼容。其中一种将最适合全碳芯片上的晶体管，而另一种可能为其集成光伏源提供卓越的性能。”

Furis表示，美国团队和日本合作者之间的合作关系涵盖了合成、原型、薄膜生长、结构、电学和光谱表征的各个方面。山形大学是日本最大的有机电子皇冠体育研究机构之一，此次合作将使皇冠体育研究团队能够将他们制造新材料的愿景付诸实践。

她说：“学术皇冠体育研究人员在美国找不到这样一个地方，因为这个领域的应用科学家如此集中。”“在使这些设备高效的实际领域，能够真正利用你正在制造的优化材料，并能够制造新材料，他们当然是一个强者。”

Professor Furis and Yamagata University graduate student Sun He are aligning the HORIBA spectrofluorometer for low temperature photoluminescence excitation experiments on small molecule semiconductors in the Yoshida lab.

Furis教授和山形大学皇冠体育研究生孙贺正在吉田实验室校准HORIBA荧光光谱仪，用于小分子半导体的低温光致发光激发实验。

Daniela Fontecha (center), a participant of the International Research Experience in Organic Electronics program and doctoral student at the University of Maryland, is pictured here working on nanoparticle synthesis with Professor Akito Masuhara (left) and a graduate student in his lab (right) in the new Center for Organic Electronics building on the Yonezawa campus of the Yamagata University.

Daniela Fontecha（中），有机电子国际皇冠体育研究经验项目的参与者，马里兰大学的博士生，与Akito Masuhara教授（左）和一名皇冠体育研究生在山形大学米泽校区新有机电子中心的实验室（右）一起皇冠体育研究纳米粒子合成。

Furis说，除了引起人们对一类新材料的关注外，该项目还将培养国际科学家，同时促进跨文化交流。该项目为来自美国四年制大学的物理、化学和工程专业本科生提供暑期国际皇冠体育研究经验津贴。公开大学计划重点招收来自部落和农村地区的学生，以支持多样化的人才库。

弗里斯说：“所有这些学生，甚至是来自规模较小的四年制大学的学生，不仅有皇冠体育接受所有这些设备的培训，而且还有皇冠体育在国外进行这些培训。”“他们将学习如何组织起来做皇冠体育研究，如何在一个大团队中工作，以及如何与国际合作者合作。这对未来来说不是一件小事。”

该项目是由美国国家科学基金会资助的总额超过1900万美元的13个新的PIRE奖项之一。PIRE竞赛的重点是与气候变化和清洁能源相关的全球社会挑战。该计划的主要目标是支持高水平的皇冠体育研究计划，这些皇冠体育研究计划在建立多方利益相关者伙伴关系的同时，具有明显的快速扩大和增长潜力。

项目简介

该项目名为“PIRE：美日在用于清洁能源的激子软材料合作项目”，由美国国家科学基金会国际皇冠体育研究与教育合作项目资助，项目编号2230706。该项目将于2023年1月1日开始，预计将于2025年12月31日完工。在皇冠体育大学，这个团队包括弗里斯和联合首席皇冠体育研究员翁斌斌，以及伊恩·塞勒斯和约瑟夫·蒂施勒。合作者包括项目首席皇冠体育研究员Matthew S. White，联合首席皇冠体育研究员Kyle Ikeda和David Punihaole，以及Jihong Ma。