尽管科学家和工程师已经成功地利用了太阳能，但仍存在很多效率和可靠性问题。然而，南伊利诺伊州大学（Southern Illinois University Carbondale）的一位研究员正在研究新的材料，以极大地提高太阳能电池的效率和改进许多现存的技术。该大学科学院的物理系助理教授Mesfin Tsige正在研究导电聚合物，以及它将如何改变太阳能。
聚合物的分子结构由长的、重复性的结构单元所组成，并与半导体量子点相结合，相对于目前典型的太阳能电池硅材料，这些聚合物具有好多效率上的潜在优势。Tsige正在考察当表面处于不同温度时导电聚合物的界面有何不同，以及在这些条件下它们的分子组织如何，这些直接影响聚合物的电特性和光学特性。
Tsige的研究受到了联邦政府的极大信任和赞同，国家科学基金会（NSF）授予了他亟需的事业基金，使得他在开始独立的研究事业时，能够招纳到有前途的一些研究员。Tsige将利用五年期的额度达43.2万美元的资金，来购买计算机设备，雇佣毕业生助手，并支付三年的夏季客座学者的费用。他也将资助一些物理学教育的工作。
Tsige将采用计算机来模拟和分析聚合物和液晶的动力学及结构在界面处的变化。它使用了大量的计算能力，20、40甚至96台互联的处理器来对这些反应进行建模。这笔资金将帮助使计算机数量增加到128台，未来将提供更强大的计算能力，来模拟更复杂的动力学。Tsige还很快将采用NSF提供的超级计算机，加快处理时间。
虽然聚合物是普通的材料，但Tsige所研究的仅仅是其中极少的能导电的聚合物。这是太阳能电池的关键特征，它采用不同类型的纳米级材料，并做成三明治结构来捕获光子，然后转化成电力。Tsige正在兼顾基础科学和聚合物的应用，目标是寻找更好的方法来制作太阳能电池材料。为了实现这个目标，他在探究从0.4nm薄到25nm厚的各种聚合物层。
聚合物如何构成取决于其厚度。“我们对其动力学很感兴趣，以及其分子如何移动和其移动如何被限制，”Tsige说。“例如，在某些条件下，聚合物更像固体，但更多的时候表现出液体的特性。我们想弄清楚为什么会这样。”
更好的太阳能电池的关键在于，电子聚集和传导，两者都决定了电池效率。大部分太阳能电池目前采用硅来捕获、传递电子。“硅是很好的材料，”Tsige表示，“但是也有一些劣势，尤其是与结合了量子点的聚合物的潜能相比时。”例如，硅仅能捕获一种频率的阳光，而半导体量子点及其可调的能带隙却能捕获大部分频率，并在这个方面很容易极大地提高效率。硅也经受了所谓的“电子——空穴再结合”中电子逃逸而不能被利用的情况。
从另一方面讲，导电聚合物正表现出极大的希望，一旦光生电子产生，就能被捕获住，并且能有效地传递到电极表面，Tsige说。“未来是属于聚合物基太阳能电池的。硅电池能很好地工作并有好的效率，但是聚合物基太阳能电池能表现地更好，且避免了硅的大部分问题。聚合物目前还没达到比硅更好的程度，我们的研究正是为了优化它们以达到这种目标。”
Tsige补充说，“这就是我们所有人目前的努力所在。如果我们解决并最小化电子——空穴再结合中的问题，这将是一大进步。它意味着更高效的电池，以及下一代电池设计上的一大优势。聚合物能够做到这些。”
索比光伏网 https://news.solarbe.com/200907/31/5494.html
