光伏產(chǎn)業(yè)正在持續(xù)努力利用聚合體制作太陽能電池，因?yàn)榫酆象w不僅能夠在室溫下和普通環(huán)境條件中進(jìn)行加工，而且可以應(yīng)用比硅加工相對便宜的加工工藝，如各種印刷技術(shù)。不過，要盡可能獲得最大的效率，僅獲得化學(xué)品和這些不同材料的化學(xué)組分是不夠的，在應(yīng)用這些材料制作電池前，還應(yīng)盡可能多地理解它們的微結(jié)構(gòu)。


　　華盛頓大學(xué)化學(xué)系的David Ginger教授及其學(xué)生們一直在研究這個(gè)課題，利用掃描探針顯微鏡（SPM）來研究微結(jié)構(gòu)。Ginger介紹：“我們的想法是看看利用這種水平的分辨率，能否測試PV和更基本的電子屬性。我們可能找出限制其性能的地方以及如何提高性能。”





　　其中有段時(shí)間，Ginger和其團(tuán)隊(duì)利用不同的（SPM）――從靜電力顯微鏡（EFM）到導(dǎo)電的原子力顯微鏡（c-AFM）――來開發(fā)太陽能電池中光電流分布圖，使能夠確定光電流起源區(qū)域的大小和種類。“這只是第一步，獲取更細(xì)微的圖片。”Ginger說，“我們不只是希望了解光電流的來源，還想找出電荷生成的地方，它們在哪里復(fù)合，以及在極不均勻薄膜的不同區(qū)域中電荷傳輸?shù)牟町悺Ｎ覀兿肱φ页鰝鬏敳町悺！?


　　問題是如何解釋數(shù)據(jù)方面存在量化問題。幾位研 究者以前嘗試過解釋，稱若采用SPM技術(shù)來測量帶電載流子的遷移率，很快就能認(rèn)識到SPM獲得的數(shù)據(jù)可以比真實(shí)數(shù)據(jù)高了兩個(gè)數(shù)量級之多。Ginger領(lǐng)導(dǎo)的小組一直在努力攻克這個(gè)難題，確定是否可能利用這種方法獲得定量測量結(jié)果，而不僅是定性結(jié)果。“這些材料中已知的遷移率數(shù)值和掃描探針測試結(jié)果存在兩個(gè)數(shù)量級的差別，這個(gè)事實(shí)使得我們在采用該技術(shù)前有幾分猶豫。”Ginger說，“因?yàn)榧词顾芙o出相對值，但你會(huì)想知道它是否有那么精確，因?yàn)樗饶阆胂蟮慕Y(jié)果大了那么多。”


　　研究人員們假設(shè)差異主要在于試驗(yàn)的電極形狀。進(jìn)行數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證可能性和通過試驗(yàn)在數(shù)值模擬結(jié)果間進(jìn)行比較后，人們發(fā)現(xiàn)，確實(shí)大多數(shù)擾動(dòng)可以歸因于導(dǎo)電的AFM試驗(yàn)中的超尖針面形狀與平面形狀的對比，體光電測試采用平面形狀。“比較這兩者，可以知道必須根據(jù)薄膜厚度和針尖的直徑，縮小實(shí)驗(yàn)導(dǎo)電AFM的結(jié)果。”Ginger說，“考慮這兩個(gè)因素，采用不同針尖測得不同薄膜上遷移率數(shù)值的可導(dǎo)性AFM數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)的全部散點(diǎn)圖連成一條光滑的線條，該線條與基本的薄膜性質(zhì)一致。”


　　這個(gè)突破讓這個(gè)團(tuán)隊(duì)獲知為何不同針尖對某個(gè)薄膜的測量結(jié)果不同，以及為何此薄膜會(huì)給出與其它薄膜不同的值。現(xiàn)在可能獲得合理的載流子遷移率，使得利用這種技術(shù)獲取不均勻薄膜中不同區(qū)域處遷移率的定量變化。下一步是利用該技術(shù)及其結(jié)果來表征局部變化，因?yàn)楝F(xiàn)在已經(jīng)知道這種技術(shù)能給出正確的定量結(jié)果。


　　理解這些局部運(yùn)輸擾動(dòng)，可以將其與器件內(nèi)部性能變化聯(lián)系起來，并可能更理性地優(yōu)化薄膜加工，以某種無目的的風(fēng)格加工。“試用不同溶劑、不同加熱條件、不同時(shí)間和不同溫度下的各種退火，可以知道會(huì)影響薄膜的質(zhì)地和微結(jié)構(gòu)形貌。”Ginger表示，“不過，我們真的希望將其與局部空穴遷移率的變化聯(lián)系起來。”


　　研究人員希望以后將這些運(yùn)輸測量結(jié)果與載流子產(chǎn)生及載流子捕獲和復(fù)合的局部測量結(jié)果聯(lián)系起來。一旦獲得了這些結(jié)果，就有可能獲得這些納米結(jié)構(gòu)有機(jī)太陽能電池工作原理的真正顯微圖像。這會(huì)將現(xiàn)在還是藝術(shù)的東西轉(zhuǎn)變成技術(shù)。當(dāng)然，總體目標(biāo)是真正開發(fā)可吸收更寬范圍的太陽能頻譜和更穩(wěn)定的新型聚合體；具有更佳能級對準(zhǔn)的材料，從吸收的光子中獲得電壓而不會(huì)浪費(fèi)。但是，在有機(jī)電子和聚合體光伏領(lǐng)域還存在許多明顯的基本研究和技術(shù)方面如加工和表征的挑戰(zhàn)。


　　UW的研究人員們清楚所需要完成的工作。但正如Ginger說的“說起來容易做起來難”。