有机太阳能电池早已被吹捧为轻便，低成本的是硅太阳能电池板的替代方案。 在最近几年有机太阳能电池的效率已取得显着改善，但如何将这些设备太阳光转换成电能的根本性问题，仍有激烈的讨论。 现在，斯坦福大学的研究团队正在权衡争议。 他们的研究结果发表在11月17日发行的“ 自然材料杂志”上，表明主要工作理论是不正确的，并可能引导未来努力方向以设计材料来提高有机电池的性能。 “我们知道有机太阳能电池非常好。”斯坦福大学材料科学与工程教授Michael McGehee说。 “但现在的问题是，它为什么好？答案是有争议的。” 一个典型的有机太阳能电池由塑料聚合物等柔性材料制成的两个半导体层组成。 电池通过吸收光粒子或光子产生电。 当电池吸收光时，光子撞击出聚合物中的原子上所带的电子，形成一个空穴，科学家称之为一个洞。 电子和空穴键合形成激发子，激发子分裂，从而使电子独立地移动到空穴形成另外一个吸收光子。 电子连续从一个空穴移动到另一个空穴就产生了电流。 在这项研究中，斯坦福大学的团队解决了一个长期存在的争论是什么原因导致的激子分裂。 “为了产生电流，必须使电子和空穴分离”斯坦福大学材料科学与工程副教授Alberto Salleo说。 “这需要两种不同的半导体材料，如果电子被吸引到材料B超过材料A，滴入材料B。在理论上，即使降价电子也应保持与空穴结合。” “很长一段时间一直围绕的根本问题是，如何做这种束缚态分割？” 热激发子效应 科学家广泛接受的解释之一是被称为“热激发子效应” 。这个想法是，当电子从材料A掉落在材料B它携带额外的能量。额外的能量使激发（“热”）电子以足够的速度从空穴中逸出。 但是根据斯坦福大学队的实验测试这一假设并不成立。 “在我们的研究中发现不存在热激子效应， 我们测量半导体材料中光纤的排放量，发现激发子的分裂不需要额外的能量。”Salleo说。 那么究竟是什么导致电子 - 空穴对分离？ “我们还没有真正回答这个问题，我们认为在半导体塑料聚合物排列紊乱可能有助于电子脱离”Salleo说。 Salleo在最近的研究中发现，分子水平上的障碍实际上提高了太阳能电池中的半导体聚合物的性能。 通过专注于塑料聚合物的固有障碍，研究人员可以设计出新的材料，利用电子从半导体层两个太阳能电池接口处脱离。 在有机太阳能电池中，该接口永远比面积更无序，这将创建一个从无序区域到有序区域吸收电子的自然梯度。”Salleo解释。 提高能源效率 在实验中所用的太阳能电池的能量转换效率为9％左右。 斯坦福大学的研究小组希望通过有序与无序之间的相互作用，利用半导体设计提高性能。 “为了做出更好的有机太阳能电池，人们一直在寻找材料可以产生一个更强的热激发子效应，”Salleo说。 “他们应该揣摩电子在没有发热的情况下如何脱离，这种想法是很有争议的。认为光电流形成这是一个根本性的转变。” |
