神奇的聚合物太阳能电池

一种简化的印制聚合物太阳能电池的工艺可能会进一步减低制造塑料太阳能光电板的成本。该方法简化了许多制造步骤，并已经在大面积的、卷到卷的印制系统上实验。如果能够被应用到更多种类的聚合材料，就能产生一个更快捷和便利的方式制造塑料太阳能电池，并应用到移动电子设备、集成到建筑材料中的太阳能光电板和智能纤维。
聚合物太阳能电池在将太阳光转化为电能方面并没有硅电池高效，但它们质量更轻且价格低廉，在现实中某些方面应用，是个不错的选择。而且他们与大面积的印制技术(像卷到卷制作工艺)匹配。但是制造太阳能电池存在着挑战，因为如果这些聚合物在纳米级别没有排列得很好，电子就不能跑出电池，制造电流。研究人员现在使用后印制技术来达到这一排列。来自密歇根大学的研究人员希望设法去除这些步骤，从而降低制造成本和复杂度。

“我们的策略能够同时解决一系列的问题，”密歇根大学的电子工程教授郭亮杰介绍说。他们的方法包括在印制过程中使用一个有渗透性的薄膜施加很小的力，从而使印制溶剂挥发，产生排列整齐的聚合物层，这也就省去了再进行后处理的必要。这些对于电池活跃层结构的改进还有一个额外的好处：那就是相比聚合物太阳能电池的其他制作方法，该制作技术能少用一层。
当固定波长的阳光照射在太阳能电池的半导体材料上时，它产生电子和带正电的空洞。为了产生外部电流，必须将电子与空洞分离，从而使电子能够跑出。郭说，“这一分离过程在聚合物上并没有在像硅那样的无机物上迅速。”聚合物太阳能电池的活跃层由两种材料构成，一种能够传导空洞，一种能够传导电子。理想状态下接受电子的聚合物要置于贡献电子的聚合物之上，使其接近阴极，从而使得尽可能多的电子能够跑出。
郭亮杰的小组发现把这种聚合物洒在塑料基片的表面，然后使用表面附着硅的卷轮压制，可以促进理想结构的形成。来自卷轮的压力使得聚合物在数秒内结晶，从而不再需要费时的化学或加热处理流程。聚合物的结构非常好，郭介绍说，因此密歇根的研究者能够从电池中拿掉一层且对于电池的能量转化效率没有任何损害。
到目前为止，郭已经使用一种常见的但是相对低效的聚合物用于制造太阳能电池，据他介绍，该方法对于高效能的聚合材料也同样适用。目前他们研制的电池只有3.5%的能效。而研究者们正在做一个材料集合试验，预期能够将太阳能电池的能效提高到12%-15%，这一提高对于将聚合物太阳能电池推向广阔的市场并和传统的硅以及薄膜电池竞争是必要的。

“我认为该制作流程具有很大的潜力，”加州大学洛杉矶分校的材料科学与工程教授杨阳介绍说，“该方法对于其他的聚合物系统是否也适用现在还不确定，但我目前找不到不适用的理由。”杨阳现在正和加州艾尔蒙特市的Solarmer塑料太阳能电池公司合作，该公司正在为今年年底使装置的能效达到10%的计划而努力