25位科学家共同制定出提高有机太阳能电池效率的设计规则

高峰（音译），瑞典林平大学副教授图片来源:Goran Billeson

与其他太阳能电池技术相比，由碳基材料制成的有机太阳能电池展现出独特的优势。例如他们可以通过低成本的印刷技术来制造，此外还可以制成半透明的，应用在集成建筑上。良好的灵活性和低重量使它们成为物联网传感器动力材料的最佳选择。

有机太阳能电池的开发面临的一个关键挑战是，它们通常会有巨大的能量损失。日前，来自7个研究机构的25名研究人员共同制定了“设计高效有机太阳能电池”的条例。这项研究是由瑞典林平大学的副教授高峰（音译）领导的。

林平大学生物分子与有机电子学系副教授高峰（音译）说：“我们已经制定了一些合理的设计规则来减少有机太阳能电池的能源损耗。遵循这些规则，我们展示了一系列具有低能量损耗和高功率转换效率的有机太阳能电池样品。”

这一设计规则挑战了之前的一些观点，并发表在著名的自然材料杂志上的一篇文章中。

利用这些设计规则，有机太阳能电池有望在电力转换效率方面赶上竞争对手，电力转换效率指的是将太阳的辐射能量转换为电能的能量比例。通过太阳能电池获得的太阳能量的理论极限在33%左右。以硅为基础的太阳能电池在实验室中最多达到了25%。迄今为止，研究人员一直认为有机太阳能电池的极限较低。

但是林平大学生物分子和有机电子教授OlleInganas说：“现在，我们都知道无论是硅、钙钛矿，还是聚合物制造的太阳能电池的理论极限是相同的，是没有区别的。”

当来自太阳的光子被太阳能电池中的半导体聚合物吸收时，供体材料中的电子被激发到激发态，并且在电子保持被吸引的基态中形成空穴。太阳能电池设计中添加了一个受体材料来分离这些束缚的电子和空穴。然而，这种受体材料通常会导致额外的能量损失，这一问题困扰了有机太阳能电池领域超过20年。

发表于自然材料中的这篇文章提出了两项基本规则，以最大限度地减少高效有机太阳能电池的能源损耗：

1.将供体和受体成分之间的能量抵消降到最低。

2.确保混合物中的低间隙组分有很高的光致发光特性。

美国，我国和欧洲的七个研究机构的研究人员共同研究了大约十二种材料，其中一些材料已在此前报道，有一些材料则是全新开发的。他们用这些材料来证明新理论与实验结果是一致的，尽管它与先前认同的观点有些不同。

原文来自phys，由材料科技在线团队编译，原文题目：How to build efficient organic solar cells。