美國和英國的研究人員指出了太陽能電池的結構是聚合物太陽能電池所固有的能量轉換率低的原因。

聚合物太陽能電池由薄層的來自兩種不同的導電塑料的互相穿透的結構構成。它們是通過在聚合物基上沉積或印刷半導體材料生產出來的。

然而，這些電池還沒有符合成本效益，因為它們的能量轉換率只有約3個百分點，而現有的太陽能電池的轉換率在百分之十五至百分之二十。

“太陽能電池要足夠厚以吸收來自太陽的光子，但同時結構還要足夠小，讓捕獲到的能量 ――稱為激子，能夠運動到電荷分離并轉換成電能的位置，”北卡羅萊納州立大學物理系教授哈拉爾-阿德解釋說。

然而，在聚合物太陽能電池中，激子需要運動的路程太遠，兩種不同塑料之間的接口太粗糙，無法有效地分離電荷，能源就這樣丟失了，阿德先生說。

為了讓聚合物電池的效率最高，吸收光子的那一層的厚度必須為150納米到200納米。同時，所產生的激子在電荷分離前的移動距離應該只有10納米。

然而，聚合物太陽能電池目前的構造方式阻礙了這一進程。

“在我們調查的全聚合物系統中，激子必須移動的最小距離為80納米，即薄膜內部形成的結構的尺寸大小，”阿德先生這樣描述。

“此外，目前制造設備的方式，結構之間的接口并不清晰，這意味著激子，或電荷，會被困住。我們需要找到可以提供更小的結構和更清晰的接口的新的制造方法，”他繼續說。

研究小組將評估不同類型的聚合物太陽能電池，來看看他們的低效率是不是由于同樣的結構問題所致。

“現在我們知道了為什么現有的技術不能正常工作，我們的下一步將是研究物理和化學過程，以修正這些問題。一旦我們得到了一個效率基準，就可以重新調整研究和制造的過程，”阿德先生說。

小組的研究結果發表在《先進功能材料和納米快報》。美國能源部和工程和英國物理科學研究理事會資助了該研究項目。