在有机太阳能电池中,有一个由有机聚合物构成的活性层(见附图的第3层),这让它们比传统的太阳能电池便宜,不过它们的效率不如人。关键在于活性层需要非常薄才行,一般得小于300纳米,这让转换效率“封了顶”。过去也有工程师尝试嵌入特殊的纳米结构,倒是能更有效地捕捉光线,但纳米材料昂贵,让预算大大超出,实在是用不起。
耶鲁大学团队转向大自然,关注到一类称为硅藻的浮游植物,它们被誉为“海中珠宝”,因为其玻璃样的硅壳会使光线有效地散射。它们能帮助提升有机太阳能电池的效率吗?
事实证明,行。研究人员将粉末状的石化硅藻嵌入有机太阳能电池的活性层,惊奇地发现,现在可以减少所需其他物质的量,而发出同样数量的电。由于硅藻在世界各地的海洋和淡水中非常普遍,便宜且容易获得,可能是电池散射材料的理想候选者。
“自然界存在的这些东西太令人惊讶了,”研究主要作者麦克米伦·布朗说,“它们帮助藻类捕获并散射阳光,进行光合作用,所以我们能直接从大自然中拿来,放进太阳能电池。”
“我们在研究中掌握了材料的合适浓度,以及需要加入多少数量,才能使太阳能电池得到增强。”布朗说,“能用上硅藻大有好处,因为我们现用的活性层材料价格昂贵,也难得到。因为我们并没有中断现有的处理步骤,所以不增加任何复杂性或挑战,就能方便地将其添加到现有商业化的有机太阳能电池。”
这项研究发表在《有机电子》杂志。尽管试验结果很有希望,但研究人员说再作些调整可以做得更好。另外,可能有些种类的硅藻能更好地散射光线,它们能与电池活性层中不同的聚合物结合,找到合适的组合有望获得更高的效率。稼正(图:YU)