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新的研究项目阐明了有机太阳能电池和材料发挥其最佳性能的新机制。

有机太阳能电池 (OSC) 是硅基太阳能电池的一种有吸引力且有潜力的替代品，因为它们具有理想的特性，例如重量更轻、灵活性和在室内照明条件下的有效性。此外，它们易于制造。

实验室太阳能电池的概念。图片由Adobe Stock提供

与传统的硅太阳能电池不同，OSC 涉及将碳基半导体直接从溶液中应用到支撑基板上，使其具有柔韧性、半透明或透明性。因此，OSC 是窗玻璃等城市空间的理想选择。

然而，由于它们的低功率转换效率和不稳定性，这些太阳能电池不如硅基太阳能电池有效，使得它们不实用。

普林斯顿大学和阿卜杜拉国王科技大学 (KAUST) 的研究人员对有机光伏的能量损失和选择材料的最佳实践提出了新见解。Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) 的另一个研究项目侧重于为多层 OSC 的半导体层选择和设计材料，以实现高性能和稳定性。

研究人员探测有机太阳能电池的能量损失

普林斯顿大学和 KAUST 的研究人员提出了关于 OSC 能量损失的新见解和设备设计的推荐做法。他们在《焦耳 》杂志上发表了他们的工作。

研究人员指出，对 OSC 能量损失的传统描述并不完全正确，也没有考虑到细胞的紊乱。该论文的合著者、电气与计算机工程副教授、安德林格能源与环境中心副教授巴里·兰德 (Barry Rand) 提到了 OSC 的两种主要失调：动态失调和结构失调。

动态障碍是由分子在微观水平上的不稳定运动引起的，这会导致能量损失。这种随机运动在高温下更为常见。由于太阳能电池中各种材料的不均匀混合而发生结构紊乱。

研究人员通过在之前的研究中纳入疾病来支持他们的描述。过去的一项没有考虑到疾病的研究项目计算出的能量损失仅为 0.6 电子伏特。当兰德和他的团队在计算中考虑到障碍时，他们发现障碍在计算整体能量损失中起着重要作用。

有了这种新的理解，研究人员建议改进材料以尽量减少障碍。制造商对太阳能电池的材料排列和结构缺陷有一定的控制权。研究人员专注于创造一种完全结晶或无定形材料的均匀混合物，或者一种异质混合物，其中一些部分是结晶的，另一些是无定形的。

太阳能研究人员此前认为，太阳能电池结构中的一些晶体异质性有利于整体性能。然而，普林斯顿和 KAUST 的研究人员对异质混合物和高水平疾病如何导致能量显着损失提供了新的理解。