向无化石能源供应过渡需要高效且环保的太阳能电池。林雪平大学的研究人员绘制了能量如何在有机太阳能电池中流动的地图，这在以前是未知的。研究结果发表在Nature Communications上，有助于提高太阳能电池的效率。
“为了充分利用有机太阳能电池的潜力，需要清楚地了解它们是如何工作的。我们现在已经获得了这张图片。这有助于更好地了解如何创造新的高效和可持续的太阳能电池材料”林雪平大学有机电子实验室教授 Mats Fahlman 说。
今天，太阳能满足了全球约 2% 的能源需求。但它的潜力远不止于此。太阳光线中所含的能量足以满足我们今天和未来的需求。制造成本低廉且环保的太阳能电池需要取得成功。此外，它们需要有效地吸收大部分太阳光线并转化为电能。
基于有机半导体的有机太阳能电池正日益成为一种可持续的选择。但直到几年前，它们在效率上还无法与传统的硅基太阳能电池进行比较。这是由于电荷分离中的能量损失，这被认为是不可避免的。
但在 2016 年，林雪平大学的一个研究小组与香港的同事一起证明，使用不同的供体-受体材料可以避免能量损失，这些材料可以帮助电子更容易地从空穴中逃逸。然后能量损失减少并且效率增加。问题是没有人确切地知道它是如何发生的。可以看出它有效，但不知道为什么。
林雪平大学的一些研究小组现在已经解决了导致该研究领域存在分歧的谜团。在《自然通讯》上发表的一项新研究中，研究人员已经确定了将能量损失降至最低所需的能量水平。
“为了弄清楚能量是如何流动的，我们将纳米厚的有机半导体薄膜一层一层一层一层地铺设，就像草莓和奶油蛋糕一样。之后，我们测量了将电子从它们的空穴中分离出来所需的能量。每个单独的层，”博士Xian'e Li说。林雪平大学的学生和科学文章的主要作者。
然后，研究人员能够绘制出高能效电荷分离背后的机制。这种系统的映射为有机太阳能电池的发展指明了一条新的道路。
研究中的有机太阳能电池是一种电子受体，由富勒烯(碳的一种形式)以外的材料制成，而富勒烯是以前最常用的材料。基于非富勒烯的有机细胞变得更加稳定，并且能够吸收更大比例的太阳光线以转化为能量。