控制电子自旋可提高有机太阳能电池的效率

据美国每日科学网站近日报道，英美科学家携手进行的研究发现，让有机太阳能电池内的电子采用特定的方式“自旋”，有望大幅提高有机太阳能电池的光电转化效率，该最新技术还可用于研制性能更高的有机发光二极管。研究发表在《自然》杂志上。

有机太阳能电池模拟植物的光合作用进行工作，其纤薄、轻便而且柔韧，也可以像报纸一样打印出来，与目前广泛使用的硅基太阳能电池相比，制造过程更迅捷，成本也更低。但其最高光电转化率仅为12%，还无法与转化效率高达20%至25%因此更具商业优势的硅基太阳能电池相媲美。

现在，剑桥大学和华盛顿大学的科学家们携手进行的研究发现，对有机太阳能电池内电子的自旋方式进行操控，能显著提高其性能，有助于科学家们研制出廉价且高性能的有机太阳能电池。

此前科学家们对有机太阳能电池内电子的不同表现困惑不已，希望厘清为什么有些电子的表现会出乎意料地好，而另外一些电子的表现则差强人意。为此，剑桥大学卡文迪什实验室的科学家们研发出了一种敏感的激光技术来追踪有机太阳能电池内电子的行为和相互作用。他们惊奇地发现，“罪魁祸首”是电子拥有的自旋这种量子属性。


自旋是粒子拥有的一个与其角动量有关的属性。电子拥有两种自旋方式：朝上或朝下。通过一个名为“再结合”的过程，太阳能电池中的电子会失去其拥有的能量，进入一个完全空的名为“洞”的状态。研究人员发现，让电子采用特定的方式“自旋”，能够阻止能量损失，并增加太阳能电池的电流。

该研究的领导者、卡文迪什实验室的研究员阿克沙伊·拉奥表示：“借用这一令人兴奋的研究发现，我们能利用自旋物理学提高太阳能电池的性能，以前，我们认为这不可能发生。使用这种方式研制的新材料和太阳能电池或许很快会面世。”

研究人员认为，这一设计概念有助于科学家们缩小有机太阳能电池和硅基太阳能电池在转化效率方面的差异，另外，也有望用于制造性能更高的有机发光二极管。有机发光二极管是一种方兴未艾的显示技术，用于制造手机和电视中使用的更高效的显示器。