量子力学为更稳定的有机太阳能电池铺平了道路

结合了光和材料的量子效应可用于制造结构更简单的有机太阳能电池。图片来源：娜塔莎·雷（Natasha Ray）

量子力学可以用来制造更稳定，更容易生产的有机太阳能电池。这些是哥德堡大学最新研究的发现。

与传统的硅基太阳能电池相比，有机太阳能电池具有许多优势。它们可以使用印刷机大规模廉价地制造，并且它们轻巧，可延展且具有柔性。问题是当今的有机太阳能电池不如硅基太阳能电池稳定和有效。在一项新的研究中，一个研究小组解决了这个问题，并找到了一种可以导致更具成本效益的太阳能电池技术的方法。

“利用量子效率来改变不同的化学和材料特性，这是极好的机会。在这项研究中，我们提出了一种能够增加能量在有机材料中的扩散的方法。这使我们能够制造结构更简单的有机太阳能电池，哥德堡大学物理化学教授，该研究的主要作者卡尔·鲍耶森（KarlBörjesson）说。

物质与光的耦合

基本上，这是要确保将太阳能电池中的能量有效地转移到正确的位置。有机太阳能电池包含两种材料，从太阳吸收的能量需要扩散（才能传播）到这些材料之间的界面。但是扩散是一个无效的过程，因为能量传播缓慢，并且有可能在热量到达该界面之前由于热量而损失掉。解决方案是将两种材料混合在太阳能电池中以减小距离，从而使能量更快地到达界面。不幸的是，这也导致太阳能电池不处于热力学平衡状态，从而使设计在时间上的耐用性降低。

研究人员表明，这种新方法可以使能量在更长的距离内传递，这意味着可以避免太阳能电池中材料的复杂混合。该方法背后的关键是量子效应，将光和材料组合成混合的光物质状态。

“当我们强烈耦合光和物质时，能量会散布到整个系统中。如果系统（在这种情况下）由多种材料组成，则能量可以通过界面传播。我们在研究中表明，能量当材料牢固耦合时，它们会更快地传播到界面。这意味着太阳能电池中的材料不需要进行物理混合，因为它们是在量子级混合的。这也导致系统处于热力学平衡状态。”伯杰森。

具有简单分层结构的太阳能电池

根据Börjesson的说法，这一发现可以影响有机太阳能电池的制造方式，因为有可能提高其耐用性，同时可以用简单的分层结构来制造太阳能电池。他还指出，这项研究实际上是自然界已经发现的一个概念的产物。

“自然界利用分子之间的强耦合来有效地在光合作用中传递太阳能。原则上，我们已经证明了相同的基本概念可以应用于有机太阳能电池。”