向着更高效的太阳能电池前进

太阳能要想在能源游戏中成为真正的能源玩家，太阳能电池既需要生产成本低，又需要收集能源的效率高。这就是为什么研究人员把精力集中在使用非富勒烯聚合物的有机太阳能电池上。这些有机聚合物生产成本较低，而且根据北卡罗来纳州立大学和香港科技大学研究人员的一些新发现，其中一些聚合物可能具有与富勒烯基同类聚合物相当的效率。

北卡罗莱纳州物理学家Kenan Gundogdu是一个国际团队的成员，该团队生产的有机太阳能电池具有快速电荷分离和低电压损耗。

为什么这很重要?首先你得了解太阳能电池是如何工作的。当阳光照射到太阳能电池时，它会被电池中的材料吸收。光激发这些物质，产生一种叫做激子的粒子。激子在两种不同材料(称为供体和受体)的界面上分裂成两个电荷——一个电子(负电荷)和一个空穴(正电荷)，然后电荷到达电极进行收集。收集足够的这些费用，瞧!你可以一直开着灯。

然而，效率是个问题。这有很多原因，但Gundogdu和他的同事们对驱动力引起的电压损失感兴趣。由于电子和空穴带有正电荷和负电荷，它们相互吸引。在有机电子材料中，这些粒子的结合是如此强烈，以至于需要某种驱动力将它们分开。一般来说，这种力来自于太阳能电池内部供体和受体材料的电子和空穴吸引偏好的差异。例如，供体材料会吸引空穴而不是电子，从而导致界面电荷分离。

传统上，在有机太阳能电池中分离电荷需要相当高的驱动力。驱动力越高，电荷分离越快，这听起来像是一件好事。但是物理上没有免费的午餐。随着电荷分离速度的加快，电压损失也会增加，这意味着太阳能电池的效率会降低。

但在网上发表的新发现中自然能源，该研究小组创造了一种有机太阳能电池，具有低驱动力和低电压损耗。太阳能电池的效率也达到9.5%(相比之下，最好的富勒烯聚合物太阳能电池的效率略低于11%)。

Gundogdu说:“我们离实现与传统商业太阳能电池性能相似的廉价有机光伏电池又近了一步。”“这些发现也提高了我们对太阳能电池如何在分子水平上工作的理解。”

这项研究是由海军研究部和能源部资助的。香港科技大学的刘静和陈尚尚是这篇论文的主要作者。通讯作者为香港的何岩、瑞典凌雪平大学的高峰。北卡罗来纳州物理学家Harald Ade和博士后研究学者Bhoj Gautam也对这项工作做出了贡献。