有機(jī)太陽(yáng)能電池通常由兩種材料制成：供體和受體，這有助于有效的電荷分離。對(duì)于受體，最常用的分子是藍(lán)色吸附性富勒烯中的一個(gè)。這使得供體材料的吸收光譜可以覆蓋盡可能多的太陽(yáng)光光譜。但大多數(shù)有機(jī)半導(dǎo)體只有一個(gè)小的光學(xué)帶寬。因此，基于這種材料的太陽(yáng)能電池只捕捉到太陽(yáng)光譜的一小部分。

這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)亩询B或串聯(lián)組態(tài)來(lái)克服，調(diào)整一些有機(jī)材料，使得各自吸收光譜的單獨(dú)一部分，從而增加了整個(gè)裝置的效率。使用高頻帶間隙的半導(dǎo)體材料吸收短波輻射，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的部分傳送到后續(xù)的半導(dǎo)體。

在這種背景下，研究人員對(duì)多結(jié)太陽(yáng)能電池的發(fā)展寄予厚望，希望能大幅度超越單結(jié)有機(jī)光伏電池的性能。

從理論上講，隨著結(jié)的數(shù)目無(wú)限增加，太陽(yáng)能電池可以得到的最大功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）為高度集中陽(yáng)光的近87%。我們面臨的挑戰(zhàn)是開(kāi)發(fā)可以實(shí)現(xiàn)大范圍帶隙和以高結(jié)晶質(zhì)量增長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料系統(tǒng)。

新研究出自加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的YangYang實(shí)驗(yàn)室，有機(jī)串聯(lián)太陽(yáng)能電池研究的領(lǐng)先實(shí)驗(yàn)室之一。該實(shí)驗(yàn)室提出了一種高效的設(shè)計(jì)即三結(jié)有機(jī)串聯(lián)太陽(yáng)能電池具有一個(gè)配置帶隙能量設(shè)計(jì)以最大化串聯(lián)輸出光電流。

在2014年7月14日先進(jìn)材料在線版（“一種高效三結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池具有功率轉(zhuǎn)換效率超過(guò)11%”）中報(bào)道了這項(xiàng)研究中創(chuàng)新的關(guān)鍵，這是一種有機(jī)材料的演示，能夠模擬III-V基太陽(yáng)能電池中創(chuàng)紀(jì)錄效率的三結(jié)結(jié)構(gòu)。

以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的GalnP/GalnAs/鍺技術(shù)構(gòu)造的III-V基太陽(yáng)能電池已經(jīng)達(dá)到了所有太陽(yáng)能電池的最高能量轉(zhuǎn)換效率，超過(guò)當(dāng)前記錄40%。

“在III-V基多結(jié)太陽(yáng)能電池中，用于高電流輸出三結(jié)電池的最優(yōu)排列設(shè)有一個(gè)寬帶隙吸收器（2.0-1.85eV），一個(gè)中帶隙吸收器（1.4-1.2eV），并且以低帶隙吸收器（1.0-0.7eV）。”ChunchaoChen，Yang的實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)學(xué)生，也是論文的第一作者，解釋說(shuō)：“然而，這個(gè)最佳的設(shè)計(jì)規(guī)則不能直接應(yīng)用在有機(jī)太陽(yáng)能電池中，因?yàn)槿狈哂袔兜椭?eV的有效供體材料。因此，我們開(kāi)始為三結(jié)著手確定與實(shí)際相結(jié)合的帶隙能量以建立一個(gè)高效的有機(jī)串聯(lián)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。”

團(tuán)隊(duì)相信，他們從設(shè)計(jì)串聯(lián)太陽(yáng)能電池中所獲得的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)可以被轉(zhuǎn)移到其他光伏技術(shù)——例如混合太陽(yáng)能電池；鈣鈦礦太陽(yáng)能電池；CIGS太陽(yáng)能電池。例如去年，他們已經(jīng)證明串聯(lián)結(jié)構(gòu)可以與現(xiàn)有的半透明太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)相結(jié)合，可導(dǎo)致效率提高一倍。