在将太阳光转化为电能的努力中，使用导电有机聚合物进行光吸收和转换的光伏太阳能电池显示出巨大的潜力。有机聚合物可以低成本大批量生产，从而得到廉价，轻便和柔韧的光伏器件。
在过去几年中，已经做了很多工作来提高这些装置将太阳光转化为电能的效率，包括新材料，装置结构和加工技术的开发。
本周在“ 自然光子学 ”杂志上发表的一项新研究中，加州大学洛杉矶分校Henry Samueli工程与应用科学学院和加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所(CNSI)的研究人员报告称，他们通过构建设备显着提高了聚合物太阳能电池的性能。采用新的“串联”结构，将多个细胞与不同的吸收带结合在一起。该器件的认证功率转换效率为8.62%，创下2011年7月的世界纪录。
此外，在研究人员将住友化学提供的新型红外吸收聚合物材料纳入该设备后，该设备的结构被证明可广泛应用，并且功率转换效率跃升至10.6% - 创新纪录 - 获得认证由能源部的国家可再生能源实验室。
通过使用具有不同吸收带的电池，串联太阳能电池提供了一种有效的方式来收获更广泛的太阳辐射。然而，通过简单地组合两个单元，效率不会自动增加。研究人员表示，串联电池的材料必须相互兼容才能有效地进行光采集。
到目前为止，串联器件的性能落后于单层太阳能电池，这主要是由于缺乏合适的聚合物材料。加州大学洛杉矶分校工程研究人员展示了高效的单层和串联聚合物太阳能电池，其特点是专为串联结构设计的低带隙共轭聚合物。带隙决定了聚合物吸收的太阳光谱部分。
“设想一辆双层巴士，”加州大学洛杉矶分校工程材料科学与工程教授，该研究首席研究员杨洋说。“公共汽车可以在一个甲板上携带一定数量的乘客，但如果你要增加第二个甲板，你可以容纳更多的人用于相同的空间。这就是我们在这里用串联聚合物太阳能电池所做的“。
为了更有效地利用太阳辐射，Yang的团队将多个具有互补吸收光谱的光活性层串联堆叠，以构建串联聚合物太阳能电池。它们的串联结构由具有较大(或高)带隙材料的前电池和具有较小(或低)带隙聚合物的后电池组成，通过设计的中间层连接。
与单层器件相比，串联器件在利用太阳能方面更有效，特别是通过最小化其他能量损失。通过使用多于一种吸收材料，每个吸收材料捕获太阳光谱的不同部分，串联电池能够保持电流并增加输出电压。研究人员说，这些因素可以提高效率。
住友化学的研究组经理Shuji Doi说：“太阳光谱非常宽，涵盖了可见光以及不可见光，红外光和紫外光。” “我们非常高兴Sumitomo的低带隙间隙聚合物为新的记录效率做出了贡献。”
“我们一直在进行串联太阳能电池的研究，其时间比单结器件短得多，”加州大学洛杉矶分校工程研究院院士兼Nature Photonics论文的合着者李刚说。“对于我们来说，在短时间内提高效率取得如此成功，真正体现了串联太阳能电池技术的巨大潜力。”
“一切都是通过非常低成本的湿涂工艺完成的，”杨说。“由于这个过程与目前的制造业兼容，我预计这项技术在不久的将来将具有商业可行性。”
该研究为聚合物化学家开发串联聚合物太阳能电池新材料设计开辟了新的方向。此外，它表明了聚合物太阳能电池商业化的重要一步。杨说他的团队希望在未来几年内达到15%的效率。
Yang拥有加州大学洛杉矶分校的Carol和Lawrence E. Tannas Jr. Endowed工程主席，也是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所纳米可再生能源中心的教员。