聚合物太阳能电池的结构问题导致低效率

美国和英国的研究人员指出了太阳能电池的结构是聚合物太阳能电池所固有的能量转换率低的原因。

聚合物太阳能电池由薄层的来自两种不同的导电塑料的互相穿透的结构构成。它们是通过在聚合物基上沉积或印刷半导体材料生产出来的。

然而，这些电池还没有符合成本效益，因为它们的能量转换率只有约3个百分点，而现有的太阳能电池的转换率在百分之十五至百分之二十。

“太阳能电池要足够厚以吸收来自太阳的光子，但同时结构还要足够小，让捕获到的能量 ――称为激子，能够运动到电荷分离并转换成电能的位置，”北卡罗莱纳州立大学物理系教授哈拉尔-阿德解释说。

然而，在聚合物太阳能电池中，激子需要运动的路程太远，两种不同塑料之间的接口太粗糙，无法有效地分离电荷，能源就这样丢失了，阿德先生说。

为了让聚合物电池的效率最高，吸收光子的那一层的厚度必须为150纳米到200纳米。同时，所产生的激子在电荷分离前的移动距离应该只有10纳米。

然而，聚合物太阳能电池目前的构造方式阻碍了这一进程。

“在我们调查的全聚合物系统中，激子必须移动的最小距离为80纳米，即薄膜内部形成的结构的尺寸大小，”阿德先生这样描述。

“此外，目前制造设备的方式，结构之间的接口并不清晰，这意味着激子，或电荷，会被困住。我们需要找到可以提供更小的结构和更清晰的接口的新的制造方法，”他继续说。

研究小组将评估不同类型的聚合物太阳能电池，来看看他们的低效率是不是由于同样的结构问题所致。

“现在我们知道了为什么现有的技术不能正常工作，我们的下一步将是研究物理和化学过程，以修正这些问题。一旦我们得到了一个效率基准，就可以重新调整研究和制造的过程，”阿德先生说。

小组的研究结果发表在《先进功能材料和纳米快报》。美国能源部和工程和英国物理科学研究理事会资助了该研究项目。