新发现为稳定的有机太阳能电池铺平了道路

由于最近由有机(碳基)半导体制成的太阳能电池将太阳光转化为电能的效率有所提高，因此提高这些光伏设备的长期稳定性正成为一个越来越重要的话题。该技术的实际应用要求光伏设备的效率保持多年。为了解决这个关键问题，研究人员研究了有机太阳能电池光吸收层中使用的两种成分的降解机制：“电子供体”和“电子受体”材料。需要这两种成分将吸收光子后形成的束缚电子-空穴对分裂成构成电流的自由电子和空穴。

在Joule报道的这项新研究中，由剑桥大学卡文迪什实验室领导的国际研究团队首次考虑了电子供体和电子受体材料的降解途径。对电子供体材料的详细研究使当前的研究工作有别于以往的研究，并为该领域提供了重要的新见解。具体来说，以前从未观察到电子供体材料特有的超快失活过程的识别，并提供了一个新的角度来考虑有机太阳能电池中的材料降解。

为了了解这些材料是如何降解的，卡文迪什研究人员与英国、比利时和意大利的科学家组成了一个国际团队。他们将光伏设备稳定性研究与在剑桥进行的超快激光光谱学结合起来，其中运行中的太阳能电池受到与太阳光非常匹配的强光的影响。通过这种激光技术，他们已经能够确定电子供体材料中涉及聚合物链扭曲的新降解机制。结果，当扭曲的聚合物吸收光子时，它会在飞秒时间尺度(百万分之一十亿分之一秒)内经历极其快速的失活路径。这个不受欢迎的过程足够快，足以胜过光子产生的自由电子和空穴，

“有趣的是，像聚合物链的扭曲这样看似微不足道的事情却能对太阳能电池的效率产生如此大的影响，”该论文的第一作者 Alex Gillett 博士说。“在未来，我们计划通过与化学小组合作来设计具有更刚性聚合物主链的新型电子供体材料，从而在我们的发现的基础上进一步发展。我们希望这将降低聚合物扭曲的倾向，从而提高有机太阳能电池装置的稳定性。”

由于其独特的特性，有机太阳能电池可用于传统硅光伏电池不适合的广泛应用。这可能包括用于传输光合作用所需光色的温室发电窗，甚至可以卷起以便于运输和移动发电的光伏电池。因此，通过确定需要解决的降解机制，当前的研究直接使下一代光伏材料和应用更接近现实。