25位科學家共同制定出提高有機太陽能電池效率的設計規則

高峰（音譯），瑞典林平大學副教授圖片來源:Goran Billeson

與其他太陽能電池技術相比，由碳基材料製成的有機太陽能電池展現出獨特的優勢。例如他們可以通過低成本的印刷技術來製造，此外還可以製成半透明的，應用在集成建築上。良好的靈活性和低重量使它們成為物聯網感測器動力材料的最佳選擇。

有機太陽能電池的開發面臨的一個關鍵挑戰是，它們通常會有巨大的能量損失。日前，來自7個研究機構的25名研究人員共同制定了「設計高效有機太陽能電池」的條例。這項研究是由瑞典林平大學的副教授高峰（音譯）領導的。

林平大學生物分子與有機電子學系副教授高峰（音譯）說：「我們已經制定了一些合理的設計規則來減少有機太陽能電池的能源損耗。遵循這些規則，我們展示了一系列具有低能量損耗和高功率轉換效率的有機太陽能電池樣品。」

這一設計規則挑戰了之前的一些觀點，並發表在著名的自然材料雜誌上的一篇文章中。

利用這些設計規則，有機太陽能電池有望在電力轉換效率方面趕上競爭對手，電力轉換效率指的是將太陽的輻射能量轉換為電能的能量比例。通過太陽能電池獲得的太陽能量的理論極限在33%左右。以硅為基礎的太陽能電池在實驗室中最多達到了25%。迄今為止，研究人員一直認為有機太陽能電池的極限較低。

但是林平大學生物分子和有機電子教授OlleInganas說：「現在，我們都知道無論是硅、鈣鈦礦，還是聚合物製造的太陽能電池的理論極限是相同的，是沒有區別的。」

當來自太陽的光子被太陽能電池中的半導體聚合物吸收時，供體材料中的電子被激發到激發態，並且在電子保持被吸引的基態中形成空穴。太陽能電池設計中添加了一個受體材料來分離這些束縛的電子和空穴。然而，這種受體材料通常會導致額外的能量損失，這一問題困擾了有機太陽能電池領域超過20年。

發表於自然材料中的這篇文章提出了兩項基本規則，以最大限度地減少高效有機太陽能電池的能源損耗：

1.將供體和受體成分之間的能量抵消降到最低。

2.確保混合物中的低間隙組分有很高的光致發光特性。

美國，我國和歐洲的七個研究機構的研究人員共同研究了大約十二種材料，其中一些材料已在此前報道，有一些材料則是全新開發的。他們用這些材料來證明新理論與實驗結果是一致的，儘管它與先前認同的觀點有些不同。

原文來自phys，由材料科技在線團隊編譯，原文題目：How to build efficient organic solar cells。

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