?太陽(yáng)能電池研究突破桎梏，有望設(shè)計(jì)出有機(jī)太陽(yáng)能電池的新

美國(guó)普渡大學(xué)科學(xué)家最近確定了有機(jī)太陽(yáng)能電池電荷分離的機(jī)制，團(tuán)隊(duì)稱算解決了物理學(xué)中一項(xiàng)長(zhǎng)期難題，借由了解激子如何分離，將幫助研究人員設(shè)計(jì)出有機(jī)太陽(yáng)能電池的新界面。

有機(jī)太陽(yáng)能電池由軟分子構(gòu)成，而無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池（硅晶）由更堅(jiān)硬的材料構(gòu)成，矽電池目前在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)中因轉(zhuǎn)換效率最佳占主導(dǎo)地位，但它們昂貴、堅(jiān)硬，相比其他新秀電池可能具有輕巧、靈活彎曲和便宜的潛力，矽電池霸主地位未來(lái)隨時(shí)不保，但有機(jī)電池的缺點(diǎn)是電流產(chǎn)生困難，且能量轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性仍差。

為了產(chǎn)生電流，緊緊結(jié)合在一起的正電荷（電子）、負(fù)電荷（電洞）兩種粒子必須分開(kāi)，它們通常會(huì)一起形成一個(gè)激子（電子-電洞對(duì)），需要另外一個(gè)人造界面來(lái)幫助分離，只不過(guò)，通常是有了界面后，電子和電洞仍相互吸引。

依結(jié)構(gòu)看，有機(jī)太陽(yáng)能電池可區(qū)分成單層或雙層（或稱異質(zhì)接面），單層是最簡(jiǎn)單的形式，兩個(gè)金屬導(dǎo)電層中間夾著有機(jī)電子材料層，利用兩導(dǎo)電層的功函差在有機(jī)層兩端建立一個(gè)電場(chǎng)，當(dāng)有機(jī)層吸收光子后，會(huì)激發(fā)形成電子-電洞對(duì)，而電極上不同功函造成的電勢(shì)有利于激子分離成獨(dú)立的電子與電洞，當(dāng)電子被拉到正極、電洞被拉到負(fù)極，這個(gè)過(guò)程中形成的電壓和電流就可以被加以利用。

但單層有機(jī)太陽(yáng)能電池實(shí)際上工作成果很差，因?yàn)樗麄兊牧孔有什坏?1%，能量轉(zhuǎn)化效率不到0.1%，主要原因之下是兩個(gè)電極間的電場(chǎng)很少足以使激子分離，電子更多的是與電洞復(fù)合而不是到達(dá)電極。為了解決這個(gè)問(wèn)題，多層有機(jī)太陽(yáng)能電池開(kāi)始發(fā)展，在兩個(gè)金屬導(dǎo)電層之間多了兩層不同物質(zhì)，透過(guò)讓電子親和性、電離能兩者差異更大，使局部電場(chǎng)大到足以讓激子分離，比單層太陽(yáng)能電池更有效。

不過(guò)最近，美國(guó)普渡大學(xué)化學(xué)系助理教授 Libai Huang 于《Science Advances》雜志發(fā)布論文，發(fā)現(xiàn)電子電洞界面并非單一靜態(tài)，事實(shí)上，電子和電洞可以相距甚遠(yuǎn)也能極為緊密，當(dāng)彼此離得越遠(yuǎn)時(shí)，順利分離的可能性越大，就像分居的兩夫妻少了點(diǎn)拘束后更可能如脫韁野馬般一去不復(fù)返，電子和電洞離得越遠(yuǎn)，移動(dòng)速度越快。

有機(jī)太陽(yáng)能電池的研究很難，但現(xiàn)在， 了解到激子如何分離將幫助研究人員設(shè)計(jì)出有機(jī)太陽(yáng)能電池的新界面，Libai Huang 說(shuō)，這也意味著還有很多材料于太陽(yáng)能電池方面的應(yīng)用尚未被成熟駕馭。