日本科学家改变聚合物结构提高太阳能电池效率

据物理学家组织网近日报道，日本科学家发现，改变聚合物的结构，有望显著提高由其制成的太阳能电池的光电转化效率，最新研究将有助于科学家研制出转化效率更高的有机（或无机）聚合物太阳能电池。

基于有机聚合物的太阳能电池非常重要，因为与传统的无机太阳能电池中使用的聚合物相比，有机聚合物便宜且容易处理。然而，迄今为止，转化效率最高的聚合物太阳能电池都还无法满足实用所需。

不过，现在，日本理化学研究所（RIKEN）新兴材料科学研究中心新兴分子功能研究小组的大阪至（音译）和同事偶然发现，聚合物结构的小小变化能改变聚合物链的结合状态，从而极大地提高太阳能电池的效率。

当光能被聚合物太阳能电池中的聚合物吸收时，电子会被激发到更高的能态以产生高能电子和一个相对应的电子“空穴”。为了将光能转化为电流，这些电子和空穴必须通过聚合物到达电极，然后再结合，但这个过程会损失很多能量。很多科学家们正在进行各种实验，希望能对这一转化过程做出改进。

大阪至和同事使用了一种特殊类型的共聚物进行试验，这一共聚物中含有一个重复的名为PNNT-DT的结构，大阪至解释道：“PNNT-DT很难溶于水，因此，我们希望通过朝其上额外添加烷基侧链使其变得更容易处理。”就像他们所预想的那样，这种改变大大提高了这种聚合物的可溶性，但“无心插柳柳成荫”，这种改变也大大提高了用这种聚合物制成的太阳能电池的能源转化效率。

这种聚合物被当成薄膜置于太阳能电池内，分析表明，这些新的“烷基化”聚合物链会平铺在电池表面而非与表面垂直，从而使得载荷子——电子和空穴与表面垂直而非平行移动，由此，提高了能源转化效率。大阪至说：“这种结构和方向上的变化让太阳能电池的光电转化效率从没有烷基化时的5.5%提高到了现在的8.2%。”

大阪至和同事希望，接下来使用别的聚合物进行类似的实验，最终制造出光电转化效率达15%以上的有机聚合物太阳能电池或效率更高的无机太阳能电池。他说：“我们需要更好地理解为什么聚合物的方位会出现这种变化，接下来，我们需要在别的能吸收更多可见光的聚合物上进行同样的实验。”