據《科學日報》近日報道，一組來自北卡羅來納州州立大學和英國的研究人員發現，聚合物太陽能電池技術的能源轉化效率低是由太陽能電池自身的構造造成的。他們希望其研究成果能夠幫助生產更高效的太陽能電池。該研究結果刊登在了《先進功能材料和納米文學》網絡版上。

聚合物太陽能電池所使用的原料多為塑料包裝材料、管道、家庭用品和玩具等。聚合太陽能電池的工作原理是利用有機化合物從陽光產生電能。當固定波長的陽光照射在太陽能電池的半導體材料上時，它產生電子和帶正電的空洞。為了產生外部電流，必須將電子與空洞分離，從而使電子能夠跑出。聚合物太陽能電池的活躍層由兩種材料構成，一種能夠傳導空洞，一種能夠傳導電子。理想狀態下接受電子的聚合物要置于貢獻電子的聚合物之上，使其接近陰極，從而使得盡可能多的電子能夠跑出。

雖然，聚合物太陽能電池在將太陽光轉化為電能方面沒有硅電池高效，只有3%左右，而現有太陽能技術的光電轉化率則達到了15%-20%，但是，它們質量更輕且價格低廉，因此應用也非常廣泛。然而，聚合物太陽能電池存在挑戰，因為如果這些聚合物在納米級別沒有排列得很好，電子就不能跑出電池，產生電流。

研究人員物理學教授哈拉爾德.愛德博士稱：“太陽能電池應該足夠厚，這樣有利于更多地吸取太陽光中的光子，但其內部構造應該足夠小，以獲取更多的能量——也就是說，激發性電子能夠抵達電荷分離、能量轉化的地點。”他還進一步解釋稱，太陽能電池獲取到光子，但是如果激發性電子離得太遠，且兩個不同塑料材質的界面又太粗糙的話，就會造成電荷分離的效率不高，因此造成能量的損失。

為使太陽能電池的轉化效率更高，愛德稱：“吸收光子的涂層的厚度應該為150-200納米（1納米約等于人類發絲寬度的1/1000），激發性電子距電荷分離地點的行程應為10納米。但聚合物太陽能電池目前的構造阻礙了這一進程，在我們所研究的聚合物系統中，激發性電子的最短行程是80納米，且兩種塑料導體間的接觸面結合得并不嚴密，這就使得激發性電子或電荷卡在這里。因此，我們需要找到并制造內部結構更小、且接觸面更嚴密的聚合物太陽能電池的方法。”

與此同時，愛德及其研究小組也在對其他不同類型的聚合物太陽能電池進行研究，看其轉化效率低是否同屬一個構造問題，希望其研究數據能夠幫助化學家和制造商提高能效。“現在我們明白為何現存的技術不能像預期的那般奏效，下一步我們將進一步提高我們的研究，提高光電轉換效率水平，最后將據此設定我們研究和制造的方向。”

據悉，該研究由美國能源部以及英國工程和物理學研究委員會資助。