據(jù)《科學日報》近日報道，一組來自北卡羅來納州州立大學和英國的研究人員發(fā)現(xiàn)，聚合物太陽能電池技術(shù)的能源轉(zhuǎn)化效率低是由太陽能電池自身的構(gòu)造造成的。他們希望其研究成果能夠幫助生產(chǎn)更高效的太陽能電池。該研究結(jié)果刊登在了《先進功能材料和納米文學》網(wǎng)絡(luò)版上。

聚合物太陽能電池所使用的原料多為塑料包裝材料、管道、家庭用品和玩具等。聚合太陽能電池的工作原理是利用有機化合物從陽光產(chǎn)生電能。當固定波長的陽光照射在太陽能電池的半導(dǎo)體材料上時，它產(chǎn)生電子和帶正電的空洞。為了產(chǎn)生外部電流，必須將電子與空洞分離，從而使電子能夠跑出。聚合物太陽能電池的活躍層由兩種材料構(gòu)成，一種能夠傳導(dǎo)空洞，一種能夠傳導(dǎo)電子。理想狀態(tài)下接受電子的聚合物要置于貢獻電子的聚合物之上，使其接近陰極，從而使得盡可能多的電子能夠跑出。

雖然，聚合物太陽能電池在將太陽光轉(zhuǎn)化為電能方面沒有硅電池高效，只有3%左右，而現(xiàn)有太陽能技術(shù)的光電轉(zhuǎn)化率則達到了15%-20%，但是，它們質(zhì)量更輕且價格低廉，因此應(yīng)用也非常廣泛。然而，聚合物太陽能電池存在挑戰(zhàn)，因為如果這些聚合物在納米級別沒有排列得很好，電子就不能跑出電池，產(chǎn)生電流。

研究人員物理學教授哈拉爾德.愛德博士稱：“太陽能電池應(yīng)該足夠厚，這樣有利于更多地吸取太陽光中的光子，但其內(nèi)部構(gòu)造應(yīng)該足夠小，以獲取更多的能量——也就是說，激發(fā)性電子能夠抵達電荷分離、能量轉(zhuǎn)化的地點。”他還進一步解釋稱，太陽能電池獲取到光子，但是如果激發(fā)性電子離得太遠，且兩個不同塑料材質(zhì)的界面又太粗糙的話，就會造成電荷分離的效率不高，因此造成能量的損失。

為使太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率更高，愛德稱：“吸收光子的涂層的厚度應(yīng)該為150-200納米（1納米約等于人類發(fā)絲寬度的1/1000），激發(fā)性電子距電荷分離地點的行程應(yīng)為10納米。但聚合物太陽能電池目前的構(gòu)造阻礙了這一進程，在我們所研究的聚合物系統(tǒng)中，激發(fā)性電子的最短行程是80納米，且兩種塑料導(dǎo)體間的接觸面結(jié)合得并不嚴密，這就使得激發(fā)性電子或電荷卡在這里。因此，我們需要找到并制造內(nèi)部結(jié)構(gòu)更小、且接觸面更嚴密的聚合物太陽能電池的方法。”

與此同時，愛德及其研究小組也在對其他不同類型的聚合物太陽能電池進行研究，看其轉(zhuǎn)化效率低是否同屬一個構(gòu)造問題，希望其研究數(shù)據(jù)能夠幫助化學家和制造商提高能效。“現(xiàn)在我們明白為何現(xiàn)存的技術(shù)不能像預(yù)期的那般奏效，下一步我們將進一步提高我們的研究，提高光電轉(zhuǎn)換效率水平，最后將據(jù)此設(shè)定我們研究和制造的方向。”

據(jù)悉，該研究由美國能源部以及英國工程和物理學研究委員會資助。