一種聚合物太陽能電池已經準備好測試；金屬連接讓我們可以測量不同區(qū)域的薄膜，也可以測量設備效率的其他參數(shù)。來源：謝菲爾德大學

有一項可再生能源的科技進步，有望帶來一場革命，從而更簡易和廉價地使用太陽能電池，這項成果今天已經發(fā)布。一項新的研究顯示，即便使用非常簡單廉價的制造方法，把柔性層狀材料沉積在大面積的保鮮膜上，也可以制成高效太陽能電池結構。

 這項研究發(fā)表在雜志《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上，它鋪平了道路，可以帶來新的太陽能電池制造技術，有望開發(fā)可再生太陽能。謝菲爾德大學（Universities of Sheffield）及劍橋大學（Cambridge）的科學家采用伊希斯中子源（ISIS Neutron Source）和鉆石光源（Diamond Light Source），在牛津郡（Oxfordshire）的STFC盧瑟福·阿普爾頓實驗室（STFC Rutherford Appleton Laboratory）進行了這項研究。

塑料（聚合物）太陽能電池的生產要便宜得多，勝過傳統(tǒng)的硅太陽能電池，而且有潛力大量生產。研究表明，當溶液中復雜混合的分子均勻涂抹到一個表面，就像給桌面上漆那樣，不同的分子就會分別走向這一層的上部和底部，這種方式會最大限度地提高太陽能電池的效率。

伊希斯的目標站2（Target Station 2），在牛津郡的STFC盧瑟福·阿普爾頓實驗室。來源：謝菲爾德大學

謝菲爾德大學的安德魯·帕內爾（Andrew Parnell）博士說：“我們的研究結果提供了重要啟示，洞察了超低價太陽能電池板如何供給家用和工業(yè)使用，而且可大規(guī)模生產。不是使用復雜而昂貴的制造方法來制造特定的半導體納米結構，大批量印刷可用于生產納米級（60納米）薄膜太陽能電池，這種薄膜比人頭發(fā)的寬度還要薄一千倍。這些薄膜隨后可以被用來制造成本低、重量輕、易于運輸?shù)乃芰咸柲茈姵卦O備，比如太陽能電池板。”

羅伯特·戴爾格列西（Robert Dalgliesh）博士是伊希斯的科學家，參加了這項工作，他說，“這項工作清晰地說明，重要的是結合使用中子和X射線散射源（X-ray scattering sources），比如伊希斯中子源和鉆石光源，解決現(xiàn)代社會的一些挑戰(zhàn)。利用伊希斯中子束和鉆石光源明亮的X射線，我們能夠探測太陽能電池材料的內部結構和性質，而又不會產生破壞性。研究層狀材料，把日光轉換成電能，我們就可以了解，不同的加工步驟如何改變整體效率，影響聚合物太陽能電池的整體性能。”

這個圖像顯示，中子如何從太陽能電池的一層散射出來。模擬這個信息，有助于我們了解層內的組成和結構。強烈的水平線是鏡狀反射（鏡面反射）的太陽能電池。這些數(shù)據(jù)的采集使用的儀器是伊希斯目標站2的Offspec反射計。來源：謝菲爾德大學

“今后五十年，社會將需要供應世界人口不斷增長的能源需求，而又不使用化石燃料，只有可再生能源可以做到這一點，這就是太陽，”謝菲爾德大學理查德·瓊斯（Richard Jones）教授說。“在一兩個小時內，就會有足夠的陽光能量照射在地球上，可以滿足地球了整整一年的能源需求，但我們需要能夠利用這一點，要有更大的規(guī)模，超過我們現(xiàn)在可以做的。廉價和高效的聚合物太陽能電池，可大面積覆蓋，有助于推動我們進入一個新的可再生能源時代。”

太陽能電池

光伏是半導體裝置，用于生產低成本可再生能源，常用的就像太陽能電池板。當陽光照射到光伏電池，就被吸收，能量被轉換成電流。大多數(shù)光電器件都用硅制成，但是，這些設備也可以用塑料制成（有機光伏器件）。

塑料薄膜可從溶液沉積，采用低成本、卷對卷印刷技術，可以大幅度節(jié)省整體能源和成本。就是在這里，薄膜被裝上卷軸，通過一系列的加工，類似于報紙印刷，在末端被取下卷軸。目前有些產品使用這類型的技術。但是，為了進一步提高使用率，這項技術需要更高效。聚合物太陽能電池目前是7-8％的效率。下一步是開發(fā)一些電池，具有10％以上的效率，這樣就具有商業(yè)可行性。

這些材料用于這項合作進行的研究，被稱為PCDTBT（聚[N-9'-heptadecanyl-2 ,7-咔唑- ALT-5，5-（4'，7'-DI-2-噻吩-2 '，1'，3'-苯并噻二唑）(poly [N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl- 2′,1′,3′-benzothiadiazole)：PCBM（[6,6] -苯基- C61丁酸甲酯）([6,6]- phenyl-C61-butyric acid methylester)，這種材料是基于一項諾貝爾獎獲獎研究（1996年化學獎），理查德?斯莫利（Richard Smalley）教授和哈里?克羅托（Harry Kroto）教授（包括其他人）研究了C60巴克敏斯特富勒烯（C60 Buckminsterfullerene）或巴基球形狀的碳。明亮的X-射線采用的儀器是鉆石光源，用來研究材料的結晶度；伊希斯中子用來研究材料的組成概況。