美國普渡大學(xué)科學(xué)家最近確定了有機(jī)太陽能電池電荷分離的機(jī)制，團(tuán)隊稱算解決了物理學(xué)中一項長期難題，借由了解激子如何分離，將幫助研究人員設(shè)計出有機(jī)太陽能電池的新界面。

有機(jī)太陽能電池由軟分子構(gòu)成，而無機(jī)太陽能電池（硅晶）由更堅硬的材料構(gòu)成，矽電池目前在太陽能產(chǎn)業(yè)中因轉(zhuǎn)換效率最佳占主導(dǎo)地位，但它們昂貴、堅硬，相比其他新秀電池可能具有輕巧、靈活彎曲和便宜的潛力，矽電池霸主地位未來隨時不保，但有機(jī)電池的缺點是電流產(chǎn)生困難，且能量轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性仍差。

為了產(chǎn)生電流，緊緊結(jié)合在一起的正電荷（電子）、負(fù)電荷（電洞）兩種粒子必須分開，它們通常會一起形成一個激子（電子-電洞對），需要另外一個人造界面來幫助分離，只不過，通常是有了界面后，電子和電洞仍相互吸引。

依結(jié)構(gòu)看，有機(jī)太陽能電池可區(qū)分成單層或雙層（或稱異質(zhì)接面），單層是最簡單的形式，兩個金屬導(dǎo)電層中間夾著有機(jī)電子材料層，利用兩導(dǎo)電層的功函差在有機(jī)層兩端建立一個電場，當(dāng)有機(jī)層吸收光子后，會激發(fā)形成電子-電洞對，而電極上不同功函造成的電勢有利于激子分離成獨立的電子與電洞，當(dāng)電子被拉到正極、電洞被拉到負(fù)極，這個過程中形成的電壓和電流就可以被加以利用。

但單層有機(jī)太陽能電池實際上工作成果很差，因為他們的量子效率不到 1%，能量轉(zhuǎn)化效率不到0.1%，主要原因之下是兩個電極間的電場很少足以使激子分離，電子更多的是與電洞復(fù)合而不是到達(dá)電極。為了解決這個問題，多層有機(jī)太陽能電池開始發(fā)展，在兩個金屬導(dǎo)電層之間多了兩層不同物質(zhì)，透過讓電子親和性、電離能兩者差異更大，使局部電場大到足以讓激子分離，比單層太陽能電池更有效。

不過最近，美國普渡大學(xué)化學(xué)系助理教授 Libai Huang 于《Science Advances》雜志發(fā)布論文，發(fā)現(xiàn)電子電洞界面并非單一靜態(tài)，事實上，電子和電洞可以相距甚遠(yuǎn)也能極為緊密，當(dāng)彼此離得越遠(yuǎn)時，順利分離的可能性越大，就像分居的兩夫妻少了點拘束后更可能如脫韁野馬般一去不復(fù)返，電子和電洞離得越遠(yuǎn)，移動速度越快。

有機(jī)太陽能電池的研究很難，但現(xiàn)在， 了解到激子如何分離將幫助研究人員設(shè)計出有機(jī)太陽能電池的新界面，Libai Huang 說，這也意味著還有很多材料于太陽能電池方面的應(yīng)用尚未被成熟駕馭。