日本廣島大學(xué)的研究人員將各種聚合物和分子半導(dǎo)體混合在一起作為光吸收劑，以制造出一種具有更高功率效率和發(fā)電量的太陽能電池。這些類型的太陽能電池，稱為有機光伏（OPV），是當(dāng)光入射到其光吸收器上時會發(fā)電的設(shè)備。

太陽能電池的效率是通過比較發(fā)電量和入射到電池上的光量來確定的。這被稱為“光子收集”。太陽能電池效率越高，用于商業(yè)用途的電池越具有成本效益和實用性。

OPV電池的半導(dǎo)體層中材料分布的示意圖。圖片說明：ITIC有選擇地位于PTzBT和PCBM域的界面，這導(dǎo)致有效的電荷載流子（光電流）生成。圖片：廣島大學(xué)大阪伊塔魯）

先進(jìn)科學(xué)與工程研究生院的研究小組僅添加了少量吸收長波長光的化合物，從而使OPV的效率比沒有該化合物的OPV高1.5倍。

由于器件內(nèi)的光學(xué)干涉效應(yīng)，該化合物能夠增強吸收強度。該小組繼續(xù)表明，如何分配它們是進(jìn)一步提高發(fā)電效率的關(guān)鍵。

具有PTzBT/PCBM（二元系統(tǒng)）和PTzBT/PCBM/ITIC（敏化三元系統(tǒng)）的OPV電池的光響應(yīng)光譜圖像說明：ITIC作為敏化劑顯示出與主體聚合物PTzBT相似的外部量子效率，盡管事實上只有將6wt％的ITIC添加到PTzBT/PCBM主體材料中。圖片：廣島大學(xué)大阪伊塔魯）

“在OPV電池中添加了非常少量的敏化劑材料，該材料由我們先前開發(fā)的半導(dǎo)體聚合物以及其他材料組成，”該論文的相應(yīng)作者ItaruOsaka說，該論文發(fā)表在了Macromolecules上（“具有很小含量的利用光干涉的窄帶隙第三組分的敏化三元共混聚合物太陽能電池”。

“這導(dǎo)致光電流顯著增加，從而由于源自光學(xué)干涉效應(yīng)的放大光子吸收而導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換效率的顯著提高。”關(guān)鍵是要使用一種非常特殊的聚合物，這種聚合物可以使我們的OPV電池具有非常厚的半導(dǎo)體層，與薄層相比，可以顯著增強光學(xué)干涉效果。”

具有不同半導(dǎo)體層厚度的敏化三元OPV電池的模擬吸收分布。（a）約100nm的厚度，（b）約400nm的厚度。圖像說明：半導(dǎo)體層（PTzBT/PCBM/ITIC）較厚時，ITIC具有三個“吸收點”，而當(dāng)該層較薄時，ITIC具有三個“吸收點”。這源于增強的光學(xué)干涉。（圖片：廣島大學(xué)大阪伊塔魯）

至于未來的工作，大阪將目光投向了先進(jìn)的太陽能電池領(lǐng)域。

“我們的下一步是開發(fā)更好的半導(dǎo)體聚合物作為這類OPV的主體材料，以及更好的敏化劑材料，它們可以在更長的波長區(qū)域吸收更多的光子。這將導(dǎo)致在OPV電池中實現(xiàn)世界上最高的效率。”