全有机太阳能电池仅用水和有机分子就能将太阳光储存 48 小时

德国研究人员https://www.tum.de/en/news-and-events/all-news/press-releases/details/sunlight-in-power-out-long-after-sunset一种全有机 "太阳能电池"，它能捕捉阳光，将能量储存两天以上，然后以电力的形式释放出来。它使用了一种由萘二亚胺制成的多孔二维共价有机框架（COF），在一种轻质材料中结合了光伏和电化学功能。这种无金属设计为离网供电提供了一种更具可持续性的选择。

COF 既是光吸收器，又是电荷储存器。光照时，它会产生电子-空穴对，并将由此产生的电荷捕获在有序的孔隙中。在水溶液条件下，这些电荷至少能稳定保持 48 小时--这在同类材料中是前所未有的，而且还能按需释放，以运行外部负载。研究小组测得的比容量为每克 38 毫安时，超过了同类碳氮化物、聚合物半导体和金属有机框架。

水分子有助于保存储存的能量。水分子不但不会淬灭电荷，反而会在 COF 结构周围重新排列，形成一道能量屏障，防止电荷重组。研究证实，这种相互作用无需离子或金属中心就能稳定被困电子。

由慕尼黑工业大学光谱学家领导的模拟实验探索了几种电荷稳定方案，并展示了分子设计、框架结构和周围介质是如何共同作用将电荷锁定在原位的。有机构件加水这一简单的机制有助于解释这种材料在循环过程中的稳健性。

实际测试证明了这种坚固性：在反复充放电循环后，该装置仍能保持 90% 以上的容量。这种性能将 COF 平台定位为集成太阳能存储的理想候选材料，尤其是在重量、可持续性和材料稀缺性成为关键问题的情况下。下一步工作的重点是扩大框架的合成规模，提高电荷密度，并将这种材料集成到完整的光伏系统中。