聚合物太阳能电池的研究新进展

与成熟的无机硅晶太阳能电池相比，有机聚合物太阳能电池从其光电转换效率与稳定性来看尚处于发展中阶段，但由于具有质量轻、成本低、可制成柔性器件，以及可湿法成膜(旋转涂膜、喷墨打印与丝网印刷等)的大面积工艺技术等优点，有机聚合物太阳能电池成为当前热门的研究领域之一。

太阳能电池的光电转化效率是由电池的开路电压、短路电流以及填充因子所决定，因此如何提高前述的这三个系数，是提升太阳能电池转换效率的关键因素。

一个由美国加州大学与英国剑桥大学所组成的联合研究团队，在近期《先进材料》(Advanced Materials)期刊中提出PIPCP：PC61BM共轭聚合物─富勒烯本体异质结太阳能电池的最新研究成果，提出一个提升电池开路电压的方法，可显着改善器件的光电转换效率。

文中指出，当有机材料吸收了光子形成激发态，激发态被视为是在静电力作用结合的一个电子和空穴，称之为激子。由于有机半导体的激子性质，太阳能电池中电荷分离的驱动力是给体和受体材料的能级差。电子开路电压取决于太阳能电池的光伏带隙，而带隙也就是受体最低未占分子轨道(LUMO)和给体最高占用分子轨道(HOMO)之间的能级差。

受体最低未占分子轨道和给体最高占用分子轨道之间的波函数重叠可造成一种界面形态，这种界面形态与电子开路电压相关，称之为电荷迁移态(CTS)。在固定偏移下，电荷迁移态的能量与电子开路电压呈现线性关系，甚至可获得与温度接近0K时的相同值，这显示电荷迁移态的能量可为电子开路电压之上限。透过降低带隙到电子开路电压的能量损失，可有效提升有机聚合物太阳能电池的光电转换效率。

此外，PIPCP：PC61BM本体异质结太阳能电池可降低从光子吸收到电荷转移的能量损失，证据显示，PIPCP：PC61BM薄膜的高形态序列─低乌尔巴赫能量(Urbach energy)可减少电压损失。而透过使用高有序化的聚合物，可使太阳能电池产生高开路电压值与转换效率，使有机聚合物太阳能电池比过去更有发展潜力。