串联结构的光伏电池可以利用更多的太阳能

串联太阳能电池的多层结构

在开发可再生能源的过程中，利用太阳能产生电能的光伏电池是许多研究人员的关注对象，其中最热门的则是寻找具有高光电转换率的材料或结构。如今，具有导电能力、能增加光吸收和转换的有机高分子在光伏电池中的应用让人们看到了巨大潜力。研究人员认为，有机高分子材料以其低成本、高产出的特性有望让光伏电池变得廉价和轻便。

光电转换效率由8.62%提高到10.6%

在过去数年间，人们为提高光电转化率进行了大量细致和艰苦的研究工作，其中包括开发新材料、改进光伏电池结构和研发新加工技术。

在众多的研究中，美国加州大学洛杉矶分校亨利middot;萨摩里工程和应用科学院和加州纳米系统研究所取得的成就引人注目。研究人员通过给光伏电池引入新的串联结构，极大地提高了高分子太阳能电池的性能。2011年7月，研究人员的光伏电池的光电转化率被证实为8.62%，创造了世界最好水平。

在将日本住友化工提供的新型红外吸收高分子材料用于光伏电池后，研究人员日前宣布，他们将串联光伏电池的光电转化率提高到了10.6%，该结果得到了美国能源部国家可再生能源实验室的认可，成为新的世界纪录。研究人员确信他们开发的串联结构具有广泛的应用价值。

在此次加州大学研究人员取得突破之前，串联结构光伏电池的性能始终低于单层光伏电池的性能，其主要原因是人们没有寻找到合适的高分子材料。加州大学洛杉矶分校工程研究人员向人们展示的是高效单层串联高分子光伏电池。大学材料科学和工程教授杨阳（音译）用双层公共汽车，形象地解释了新结构光伏电池。他表示，普通公共汽车内可容纳相当数量的乘客，如果再给其增加一层，那么在相同的空间则可搭载更多的乘客，而这正是串联高分子光伏电池实现高效率的原因。

串联结构可吸收更多光谱的太阳光

据悉，串联结构由不同吸收光谱带的两块电池所组成，其独特之处在于它具有专门设计来构成串联结构的低频带隙共轭高分子材料，频带隙决定着高分子吸收太阳光谱的波段。借助拥有不同光谱吸收带的双电池结构，串联光伏电池为收获太阳辐射中更宽的光谱提供了有效的途径。然而，简单地将两块电池组合起来并不会自然提高效率。研究人员表示，为有效地获取光能，用于串联光伏电池的光电转换材料之间必须相匹配。

在实际研究中，为实现更有效利用太阳辐射的目的，杨阳所领导的研究小组将具有光谱吸收互补性的多片感光层组合起来，构成了串联高分子光伏电池。他们的串联结构包括具有较高光谱带宽的前电池和具有较低光谱带宽的后电池，两电池用专门的夹层相连。

同单层光伏电池相比，串联光伏电池在利用太阳能方面更有效，尤其是它能最大程度地减少其他能量的损失。通过采用更多的太阳光吸收层（每层吸收不同频段的光谱），串联光伏电池能够维持电流并提高电压。研究人员表示，这些因素导致光伏电池的效率获得改善。

加州大学洛杉矶分校工程研究人员李刚（音译）说：“与研究单接点光伏电池结构相比，我们在研究串联光伏电池上花费的时间要少许多。短时间内能够在提高光伏电池效率方面取得如此的成绩，其向人们充分展示了串联光伏电池技术的巨大潜力。”

杨阳表示，同传统的光伏电池生产相比，新的串联光伏电池只需增加一项成本非常低的湿镀膜工艺便可进行制造。他认为，由于增加的工艺与现有的生产设备相兼容，因此在不久的将来，该技术能够得到商业化应用。

有专家认为，研究小组的工作为高分子化学家进行串联高分子光电电池新材料的设计提供了新的方向。与此同时，研究成果还代表着高分子光伏电池走向商业化的重要进展。杨阳他们希望在未来数年内能将光电转化率提高到15%。

研究小组的工作得到了美国国家科学基金会、空军科学研究办公室、海军研究室和能源部的支持，国家可再生能源实验室参与了研究。住友化工研究组负责人表示，太阳光的频谱非常宽，包括可见光以及不可见的红外线和紫外线。公司很高兴看到住友化工的低带宽高分子在研究人员创造新的光电转换效率世界纪录方面有所贡献。