太陽能電池又稱光電池，是一種通過太陽宮發(fā)電的光電半導體材料。這種材料只需要放置在室外，通過太陽光照射，內(nèi)置器件就會產(chǎn)生輸出電壓形成回路，最終產(chǎn)生電流。目前大多數(shù)太陽能電池都是通過光化學效應或者光電效應直接把光能轉(zhuǎn)換為電能，而目前主流的太陽能電池是晶硅太陽能電池。此前不少研究人員致力于研究太陽能對電能的效率轉(zhuǎn)化問題，而太陽能效率也是目前各個科技公司亟待解決的首要問題。

此前埃爾朗根-紐倫堡大學的材料科學家在有機非富勒烯基單結(jié)太陽能電池的性能方面取得了新的記錄。研究人員通過一系列復雜的優(yōu)化，在一平方厘米的表面積上實現(xiàn)了12.25%的認證功率轉(zhuǎn)換效率。該標準化表面區(qū)域是原型制造的初步階段。該研究人員與我國華南理工大學的合作伙伴所實現(xiàn)的成果以及發(fā)表在Nature Energy期刊上。

有機光伏系統(tǒng)在過去幾年中經(jīng)歷了快速發(fā)展，在大多數(shù)情況下，有機太陽能電池由兩層半導體構(gòu)成。一層通過提供電子作為供體，第二層作為受主或電子導體。與常規(guī)使用的必須從熔體中拉出或在真空系統(tǒng)中沉淀的硅相比，該體系中的聚合物層可以直接從溶液中沉積在支撐膜上。一方面，這意味著相對較低的制造成本，另一方面，這些柔性模塊可以比城市空間中的硅太陽能電池更容易使用。長期以來，富勒烯（碳基納米粒子）被認為是理想的受體，但富勒烯基復合材料的固有損失仍然嚴重限制了它們的潛在效率。因此，在埃爾朗根-紐倫堡大學開展的工作導致了范式的轉(zhuǎn)變。而它們也和中國的研究人員一起發(fā)現(xiàn)一種新的有機分子，它比富勒烯吸收更多的光，而且非常耐用。

性能和耐用性的顯著改進意味著有機混合印刷光伏電池現(xiàn)在變得對商業(yè)用途感興趣。然而，為了開發(fā)實用原型，該技術(shù)必須從幾平方毫米的實驗室尺寸轉(zhuǎn)移到一平方厘米的標準尺寸。而在光伏電池縮放過程中經(jīng)常會出現(xiàn)重大損失，此前在德國研究基金會（DFG）資助的一個項目中，研究人員最終能夠大大減少這些損失。在復雜的過程中，他們調(diào)整了有機半導體的光吸收，能級和微結(jié)構(gòu)。該優(yōu)化的主要焦點是供體和受體的兼容性，以及短路電流密度和開路電壓的平衡，這是高輸出電力的重要先決條件。

我們國家華南理工大學的研究人員將單分子基團插入并調(diào)整到聚合物結(jié)構(gòu)中，這些基團中的每一個都影響著對太陽能電池功能至關(guān)重要的特殊特性。而和埃爾朗根-紐倫堡大學的材料科學家共同研究，將功率轉(zhuǎn)換效率達到12.25％，這是基于溶液的有機單結(jié)太陽能電池的新認證記錄。值得注意的是，研究人員成功地將比例損失保持在如此低的水平，以至于小型表面實驗室中的最高值僅略低于13％。同時，他們能夠在溫度和日照等模擬條件下證明與生產(chǎn)相關(guān)的穩(wěn)定性。