有机光伏电池研究的转型思维

有机光伏电池一直被誉为刚性硅制太阳能电池板的轻便低成本替代品。近年，有机光伏电池的转换效率得到大幅提升，不过，有机光伏电池究竟如何将太阳光转换为电力——这仍是一个处于激辩中的问题。

如今，美国斯坦福大学（StanfordUniversity）研究小组参与到这个话题中。该研究团队于2013年11月17日在《自然材料杂志（journalNatureMaterials）》上披露，原先认可的工作原理并不正确，应该将思维精力集中在材料设计上，以此提高有机电池的性能。

斯坦福大学材料科学与工程学院教授（论文作者之一）MichaelMcGehee表示：我们都知道，有机光伏电池性能出众。现在的问题是，它们为何如此出类拔萃？——答案仍然具有争议性。

传统有机太阳能电池由塑料聚合物及其它柔性材料制作的两个半导体层组成。通过吸收光子（光的粒子），电池生产出电力。

当电池将光线吸入，光子在聚合物原子活动，令其溢出电子，遗留下一个空洞——科学家们称之为空穴。空穴与电子迅速形成激子（激发性电子）的结合体。随后，激子分裂，独立移向另一个光子创造出来的空穴中。激子这类从一个空穴移向另一个空穴的持续行动产生电流。

在这份论文中，斯坦福团队解决了争论已久的一个问题——究竟何种原因导致激子分裂。

斯坦福大学材料科学与工程系副教授AlbertoSalleo声称：要产生电流，就必须将激子与空穴分开——这就需要两个类型各异的半导体材料。倘若相比于材料A，材料B对激子的吸引力更大，那么激子就会游向材料B。理论上，即使掉入某个材料，激子仍与空穴绑定。

然而，这个旷日持久的争论焦点就在于这种绑定的状态如何进行分裂？

热情似火

一种被科学家们广为接受的解释为热激子效应理论。该理论认为，从材料A掉入材料B之时，电子携带了额外的能量——该额外能量赋予受激电子足够的速度逃离空穴。

不过，斯坦福团队的实验结果并不认可这一假设。

斯坦福大学的KoenVandewal表示，斯坦福科学家们很可能已经解决了有机光伏电池如何将太阳光线转变为电力这一旷日持久的争论。问题的核心：究竟是何种原因导致电子-空穴对（激子）分离？可能的答案：无序聚合物与有序布基球间界面的自然梯度促使激子分裂，令电子（紫色）逃离，从而产生电流。