研究人员利用共溶剂提高太阳能电池效率

在塑料太阳能电池的生产过程中增加额外的溶剂，为什么就能使其转换效率提高2或3倍？针对这个问题，荷兰埃因霍温理工大学(TU/e)的研究人员们如今已经找到答案了。

额外的溶剂所扮演的角色，就像混合在面团中的发酵粉。过去十年来，增添溶剂如何作业的原理一直并不明朗，如今TU/e的研究人员们在最近一期的《自然通讯》(Nature Communications)中解释了这一机制，并为塑料太阳能电池的发展开启了一个新方向。

塑料太阳能电池或有机太阳能电池使用了聚合物，以取代一般所使用的矽晶，将能量转换成电能。利用塑料作为基本材料降低了这些太阳能电池的成本和重量，并使其具有弹性。但是所产生的电池效率约10%，仍然低于商用矽晶太阳能电池所能达到约15至20%的效率。

大约在十年前，研究人员偶然发现，在塑料太阳能电池的生产过程中增加额外的溶剂(共溶剂)，能够使其转换效率提高2至3倍。TU/e教授Ren Janssen解释，这些共溶剂如今已用于各种塑料太阳能电池了，但一直没有人真的知道为什么它能带来这么好的转换效率。

据了解这跟太阳能电池的形态有关——即电池中随着阳光作用而移动的电子之间两种混合塑料元件的实际结构。两种有机材料的组成都会在生产过程中溶解，其后则蒸发并且变硬。而这种神秘的共溶剂通常必须在蒸发前加进溶剂中。

由Ren Janssen为主导的TU/e研究人员们利用一种光学技术组合，找到了确切的答案。如果未添加共溶剂，在塑料混合物硬化过程中将会形成较大液滴。这些液滴并不利于电子传输，从而影响太阳能电池的效率。在溶液中添加越多的共溶剂，形成的气泡越小直到完全消失。

研究人员还发现其成因。在硬化过程中会出现两种效果，Janssen解释：一是溶液蒸发，以及聚合物呈现折叠的结构。我们看到共溶剂可以在更早的阶段开始让这种折叠过程出现，这意味着终于不会再形成气泡了。共溶剂便是以这种方式扮演像发酵粉一般的角色，改善了混合物的结构，从而有助于提高太阳能电池的效率。

图中显示在塑料太阳能电池生产过程中，共溶剂对于两种塑料元件(聚合物和富勒烯分子)溶液的影响。具有共溶剂液滴的富勒烯分子使太阳能电池的效率受限；而添加共溶剂的聚合物分子更快形成摺叠结构，避免了气泡形成。

(来源：Source: TU Eindhoven / Hans van Franeker)

编译：Susan Hong