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一种聚合物太阳能电池已经准备好测试；金属连接让我们可以测量不同区域的薄膜，也可以测量设备效率的其他参数。来源：谢菲尔德大学
有一项可再生能源的科技进步，有望带来一场革命，从而更简易和廉价地使用太阳能电池，这项成果今天已经发布。一项新的研究显示，即便使用非常简单廉价的制造方法，把柔性层状材料沉积在大面积的保鲜膜上，也可以制成高效太阳能电池结构。
这项研究发表在杂志《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上，它铺平了道路，可以带来新的太阳能电池制造技术，有望开发可再生太阳能。谢菲尔德大学（Universities of Sheffield）及剑桥大学（Cambridge）的科学家采用伊希斯中子源（ISIS Neutron Source）和钻石光源（Diamond Light Source），在牛津郡（Oxfordshire）的STFC卢瑟福·阿普尔顿实验室（STFC Rutherford Appleton Laboratory）进行了这项研究。
塑料（聚合物）太阳能电池的生产要便宜得多，胜过传统的硅太阳能电池，而且有潜力大量生产。研究表明，当溶液中复杂混合的分子均匀涂抹到一个表面，就像给桌面上漆那样，不同的分子就会分别走向这一层的上部和底部，这种方式会最大限度地提高太阳能电池的效率。
伊希斯的目标站2（Target Station 2），在牛津郡的STFC卢瑟福·阿普尔顿实验室。来源：谢菲尔德大学
谢菲尔德大学的安德鲁·帕内尔（Andrew Parnell）博士说：“我们的研究结果提供了重要启示，洞察了超低价太阳能电池板如何供给家用和工业使用，而且可大规模生产。不是使用复杂而昂贵的制造方法来制造特定的半导体纳米结构，大批量印刷可用于生产纳米级（60纳米）薄膜太阳能电池，这种薄膜比人头发的宽度还要薄一千倍。这些薄膜随后可以被用来制造成本低、重量轻、易于运输的塑料太阳能电池设备，比如太阳能电池板。”
罗伯特·戴尔格列西（Robert Dalgliesh）博士是伊希斯的科学家，参加了这项工作，他说，“这项工作清晰地说明，重要的是结合使用中子和X射线散射源（X-ray scattering sources），比如伊希斯中子源和钻石光源，解决现代社会的一些挑战。利用伊希斯中子束和钻石光源明亮的X射线，我们能够探测太阳能电池材料的内部结构和性质，而又不会产生破坏性。研究层状材料，把日光转换成电能，我们就可以了解，不同的加工步骤如何改变整体效率，影响聚合物太阳能电池的整体性能。”
这个图像显示，中子如何从太阳能电池的一层散射出来。模拟这个信息，有助于我们了解层内的组成和结构。强烈的水平线是镜状反射（镜面反射）的太阳能电池。这些数据的采集使用的仪器是伊希斯目标站2的Offspec反射计。来源：谢菲尔德大学
“今后五十年，社会将需要供应世界人口不断增长的能源需求，而又不使用化石燃料，只有可再生能源可以做到这一点，这就是太阳，”谢菲尔德大学理查德·琼斯（Richard Jones）教授说。“在一两个小时内，就会有足够的阳光能量照射在地球上，可以满足地球了整整一年的能源需求，但我们需要能够利用这一点，要有更大的规模，超过我们现在可以做的。廉价和高效的聚合物太阳能电池，可大面积覆盖，有助于推动我们进入一个新的可再生能源时代。”
太阳能电池
光伏是半导体装置，用于生产低成本可再生能源，常用的就像太阳能电池板。当阳光照射到光伏电池，就被吸收，能量被转换成电流。大多数光电器件都用硅制成，但是，这些设备也可以用塑料制成（有机光伏器件）。
塑料薄膜可从溶液沉积，采用低成本、卷对卷印刷技术，可以大幅度节省整体能源和成本。就是在这里，薄膜被装上卷轴，通过一系列的加工，类似于报纸印刷，在末端被取下卷轴。目前有些产品使用这类型的技术。但是，为了进一步提高使用率，这项技术需要更高效。聚合物太阳能电池目前是7-8％的效率。下一步是开发一些电池，具有10％以上的效率，这样就具有商业可行性。
这些材料用于这项合作进行的研究，被称为PCDTBT（聚[N-9'-heptadecanyl-2 ,7-咔唑- ALT-5，5-（4'，7'-DI-2-噻吩-2 '，1'，3'-苯并噻二唑）(poly [N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4′,7′-di-2-thienyl- 2′,1′,3′-benzothiadiazole)：PCBM（[6,6] -苯基- C61丁酸甲酯）([6,6]- phenyl-C61-butyric acid methylester)，这种材料是基于一项诺贝尔奖获奖研究（1996年化学奖），理查德?斯莫利（Richard Smalley）教授和哈里?克罗托（Harry Kroto）教授（包括其他人）研究了C60巴克敏斯特富勒烯（C60 Buckminsterfullerene）或巴基球形状的碳。明亮的X-射线采用的仪器是钻石光源，用来研究材料的结晶度；伊希斯中子用来研究材料的组成概况。
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