有機(jī)光伏電池一直被譽(yù)為剛性硅制太陽能電池板的輕便低成本替代品。近年，有機(jī)光伏電池的轉(zhuǎn)換效率得到大幅提升，不過，有機(jī)光伏電池究竟如何將太陽光轉(zhuǎn)換為電力——這仍是一個(gè)處于激辯中的問題。

如今，美國斯坦福大學(xué)（StanfordUniversity）研究小組參與到這個(gè)話題中。該研究團(tuán)隊(duì)于2013年11月17日在《自然材料雜志（journalNatureMaterials）》上披露，原先認(rèn)可的工作原理并不正確，應(yīng)該將思維精力集中在材料設(shè)計(jì)上，以此提高有機(jī)電池的性能。

斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授（論文作者之一）MichaelMcGehee表示：我們都知道，有機(jī)光伏電池性能出眾?，F(xiàn)在的問題是，它們?yōu)楹稳绱顺鲱惏屋停?mdash;—答案仍然具有爭議性。

傳統(tǒng)有機(jī)太陽能電池由塑料聚合物及其它柔性材料制作的兩個(gè)半導(dǎo)體層組成。通過吸收光子（光的粒子），電池生產(chǎn)出電力。

當(dāng)電池將光線吸入，光子在聚合物原子活動(dòng)，令其溢出電子，遺留下一個(gè)空洞——科學(xué)家們稱之為空穴。空穴與電子迅速形成激子（激發(fā)性電子）的結(jié)合體。隨后，激子分裂，獨(dú)立移向另一個(gè)光子創(chuàng)造出來的空穴中。激子這類從一個(gè)空穴移向另一個(gè)空穴的持續(xù)行動(dòng)產(chǎn)生電流。

在這份論文中，斯坦福團(tuán)隊(duì)解決了爭論已久的一個(gè)問題——究竟何種原因?qū)е录ぷ臃至选?/p>

斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授AlbertoSalleo聲稱：要產(chǎn)生電流，就必須將激子與空穴分開——這就需要兩個(gè)類型各異的半導(dǎo)體材料。倘若相比于材料A，材料B對激子的吸引力更大，那么激子就會(huì)游向材料B。理論上，即使掉入某個(gè)材料，激子仍與空穴綁定。

然而，這個(gè)曠日持久的爭論焦點(diǎn)就在于這種綁定的狀態(tài)如何進(jìn)行分裂？

熱情似火

一種被科學(xué)家們廣為接受的解釋為熱激子效應(yīng)理論。該理論認(rèn)為，從材料A掉入材料B之時(shí)，電子攜帶了額外的能量——該額外能量賦予受激電子足夠的速度逃離空穴。

不過，斯坦福團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不認(rèn)可這一假設(shè)。

斯坦福大學(xué)的KoenVandewal表示，斯坦福科學(xué)家們很可能已經(jīng)解決了有機(jī)光伏電池如何將太陽光線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏@一曠日持久的爭論。問題的核心：究竟是何種原因?qū)е码娮?空穴對（激子）分離？可能的答案：無序聚合物與有序布基球間界面的自然梯度促使激子分裂，令電子（紫色）逃離，從而產(chǎn)生電流。