提高有機太陽能電池效率方式探析

英美科學家攜手進行的研究發(fā)現(xiàn)，讓有機太陽能電池內的電子采用特定的方式“自旋”，有望大幅提高有機太陽能電池的光電轉化效率，該最新技術還可用于研制性能更高的有機發(fā)光二極管。研究發(fā)表在《自然》雜志上。

有機太陽能電池模擬植物的光合作用進行工作，其纖薄、輕便而且柔韌，也可以像報紙一樣打印出來，與目前廣泛使用的硅基太陽能電池相比，制造過程更迅捷，成本也更低。但其最高光電轉化率僅為12%，還無法與轉化效率高達20%至25%因此更具商業(yè)優(yōu)勢的硅基太陽能電池相媲美。

現(xiàn)在，劍橋大學和華盛頓大學的科學家們攜手進行的研究發(fā)現(xiàn)，對有機太陽能電池內電子的自旋方式進行操控，能顯著提高其性能，有助于科學家們研制出廉價且高性能的有機太陽能電池。

此前科學家們對有機太陽能電池內電子的不同表現(xiàn)困惑不已，希望厘清為什么有些電子的表現(xiàn)會出乎意料地好，而另外一些電子的表現(xiàn)則差強人意。為此，劍橋大學卡文迪什實驗室的科學家們研發(fā)出了一種敏感的激光技術來追蹤有機太陽能電池內電子的行為和相互作用。他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，“罪魁禍首”是電子擁有的自旋這種量子屬性。

自旋是粒子擁有的一個與其角動量有關的屬性。電子擁有兩種自旋方式：朝上或朝下。通過一個名為“再結合”的過程，太陽能電池中的電子會失去其擁有的能量，進入一個完全空的名為“洞”的狀態(tài)。研究人員發(fā)現(xiàn)，讓電子采用特定的方式“自旋”，能夠阻止能量損失，并增加太陽能電池的電流。

該研究的領導者、卡文迪什實驗室的研究員阿克沙伊˙拉奧表示：“借用這一令人興奮的研究發(fā)現(xiàn)，我們能利用自旋物理學提高太陽能電池的性能，以前，我們認為這不可能發(fā)生。使用這種方式研制的新材料和太陽能電池或許很快會面世。”

研究人員認為，這一設計概念有助于科學家們縮小有機太陽能電池和硅基太陽能電池在轉化效率方面的差異，另外，也有望用于制造性能更高的有機發(fā)光二極管。有機發(fā)光二極管是一種方興未艾的顯示技術，用于制造手機和電視中使用的更高效的顯示器。