美國和英國的研究人員指出了太陽能電池的結(jié)構(gòu)是聚合物太陽能電池所固有的能量轉(zhuǎn)換率低的原因。

聚合物太陽能電池由薄層的來自兩種不同的導(dǎo)電塑料的互相穿透的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。它們是通過在聚合物基上沉積或印刷半導(dǎo)體材料生產(chǎn)出來的。

然而，這些電池還沒有符合成本效益，因?yàn)樗鼈兊哪芰哭D(zhuǎn)換率只有約3個(gè)百分點(diǎn)，而現(xiàn)有的太陽能電池的轉(zhuǎn)換率在百分之十五至百分之二十。

“太陽能電池要足夠厚以吸收來自太陽的光子，但同時(shí)結(jié)構(gòu)還要足夠小，讓捕獲到的能量 ――稱為激子，能夠運(yùn)動(dòng)到電荷分離并轉(zhuǎn)換成電能的位置，”北卡羅萊納州立大學(xué)物理系教授哈拉爾-阿德解釋說。

然而，在聚合物太陽能電池中，激子需要運(yùn)動(dòng)的路程太遠(yuǎn)，兩種不同塑料之間的接口太粗糙，無法有效地分離電荷，能源就這樣丟失了，阿德先生說。

為了讓聚合物電池的效率最高，吸收光子的那一層的厚度必須為150納米到200納米。同時(shí)，所產(chǎn)生的激子在電荷分離前的移動(dòng)距離應(yīng)該只有10納米。

然而，聚合物太陽能電池目前的構(gòu)造方式阻礙了這一進(jìn)程。

“在我們調(diào)查的全聚合物系統(tǒng)中，激子必須移動(dòng)的最小距離為80納米，即薄膜內(nèi)部形成的結(jié)構(gòu)的尺寸大小，”阿德先生這樣描述。

“此外，目前制造設(shè)備的方式，結(jié)構(gòu)之間的接口并不清晰，這意味著激子，或電荷，會(huì)被困住。我們需要找到可以提供更小的結(jié)構(gòu)和更清晰的接口的新的制造方法，”他繼續(xù)說。

研究小組將評估不同類型的聚合物太陽能電池，來看看他們的低效率是不是由于同樣的結(jié)構(gòu)問題所致。

“現(xiàn)在我們知道了為什么現(xiàn)有的技術(shù)不能正常工作，我們的下一步將是研究物理和化學(xué)過程，以修正這些問題。一旦我們得到了一個(gè)效率基準(zhǔn)，就可以重新調(diào)整研究和制造的過程，”阿德先生說。

小組的研究結(jié)果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料和納米快報(bào)》。美國能源部和工程和英國物理科學(xué)研究理事會(huì)資助了該研究項(xiàng)目。