高分子材料内部结构影响太阳能电池效率

据美国科学促进会(AAAS)科技新闻共享平台Eurekalert!25日报道，一个集合法国、俄罗斯和哈萨克斯坦材料科学家的国际团队发现，高分子聚合物内部结构排列有序，可使有机太阳能电池的效率得以大幅提升。这项最新研究发表在《材料化学学报A》上。

太阳能电池板和蓄电池是当下前景最被看好的两种发电方式。截至2017年，全球安装的太阳能电池板发电总功率达到400千兆瓦。太阳能行业的飞速发展，主要依赖于电池价格的持续降低和其效率的不断提高。

引进新材料是改善太阳能系统的一种方式。在太阳能电池板中，将光能转化为电能所需的基本元件是光伏电池或太阳能电池，它们主要由多晶硅组成，多晶硅是一种硅的高纯度多晶形式。据了解，目前科学家们正忙于寻找多晶硅的替代材料，而具有光伏特性的有机高分子材料则是其中主要候选者之一。

研究人员表示，在聚合物中加入氟原子可有效提高太阳能电池的效率。该方法被称为氟化反应，曾被证实可增强聚合物光伏性能，但其中原理却少有人知晓。该项新研究则阐明了氟化反应通过改变材料内部结构，对于电池效率产生的积极影响。

研究团队经过多次实验，选择出光伏特性更好的有机高分子材料，并对其微观结构进行进一步研究。经过X射线分析，发现该种高分子聚合物内部结构排列更加有序。与此同时，其分子的电荷载体具有较好的流动性，使材料可以更好地进行导电。对于太阳能电池，这无疑是一个巨大的优势。

研究人员之一、莫斯科物理技术学院功能有机复合材料实验室负责人和法国国家科学研究中心主任迪米特里·伊万诺夫教授说：“这项研究的挑战在于选择能够提高电池效率的分子能级以及研制出能使电荷传输到电极的超分子结构。”