來自七個研究機構的二十五名研究人員齊心協(xié)力制定了設計高效有機太陽能電池的規(guī)則。該研究由瑞典林雪平大學副教授馮高領導。

與其他太陽能電池技術相比，由碳基材料制成的有機太陽能電池具有獨特的優(yōu)勢。例如，它們可以通過低成本的印刷技術制造，并且可以制成具有可選顏色的半透明，這可以在建筑上用于建筑集成。它們的靈活性和低重量使它們非常適合為物聯(lián)網(wǎng)應用的傳感器供電。

有機太陽能電池發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)是它們通常具有大的能量損失。

“我們已經(jīng)制定了一些合理的設計規(guī)則，以盡量減少在有機太陽能電池的能量損失。遵循這些規(guī)則，我們提出了一系列具有低能量損耗和高功率轉換聽證效力的例子，”高風，在生物分子和司副教授林雪平大學的有機電子學。

設計規(guī)則挑戰(zhàn)了一些先前持有的想法，已發(fā)表在Nature Materials雜志的一篇文章中。

使用這些設計規(guī)則，有機太陽能電池有望在功率轉換效率方面趕上競爭對手，這可以測量太陽輻射中轉換為電能的能量比例。太陽能電池中可獲得的太陽能分數(shù)的理論極限約為33%。硅基太陽能電池的實驗室實驗最多達到了25%。迄今為止，研究人員認為有機太陽能電池的限制較低。

“但我們現(xiàn)在知道沒有區(qū)別 - 從硅，鈣鈦礦或聚合物制造的太陽能電池的理論極限是相同的，”林雪平大學生物分子和有機電子學教授Olle Inganas說。

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，施主材料中的電子升高到激發(fā)態(tài)，并且在電子保持吸引的基態(tài)中形成空穴。為了分離這些結合的電子和空穴，添加受主材料。然而，這種受體材料通常會導致額外的能量損失，這個問題已經(jīng)困擾著有機太陽能電池界二十多年。

Nature Materials的文章提出了兩個基本規(guī)則，以最大限度地減少高效有機太陽能電池的能量損失： - 盡量減少供體和受體組件之間的能量偏移。 - 確?；旌衔镏械牡烷g隙成分具有高光致發(fā)光。

美國，中國和歐洲七個研究機構的研究人員共同制作了大約十二種不同的材料，其中一些材料已經(jīng)有過報道，另一些則是全新的。他們用這些來證明新理論與實驗結果一致，盡管它與先前認為的有些不相容。