当你想到太阳能的时候，你的脑海中可能会浮现出一个巨大的太阳能电池板横跨屋顶或大型建筑物的画面太阳能农场在一个领域。但是，如果你可以在混合动力汽车的天窗中放置太阳能电池板，在帐篷或办公大楼的窗户内？如果您可以使用宽敞的太阳能电池板在偏远地点供电疫苗冰箱，可以在邮寄管中供电这些只是一种相对新的技术的可能应用，称为有机太阳能电池（OSC），至少在与20世纪50年代以来一直存在的硅太阳能技术相比。
与传统的硅太阳能技术一样，OSC将太阳的能量转化为可用的电力。但它们比传统的太阳能光伏更多功能。oscs是轻质和灵活的，可以是半透明或各种颜色。这些品质为它们提供纺织，车辆和建筑集成太阳能电池的潜在应用，以及在不存在的区域中创造电力。
独特的应用程序
虽然需要额外的资金和研究来将OSC带到商业市场，但专家认为他们将在太阳能技术的未来发挥重要作用。也就是说，它们不会用硅太阳能电池替换或竞争头部到头部。“我们不应该期望看到奥斯普的广阔领域，就像那些在硅太阳能农场产生吉伐，”格鲁吉亚理工学院的化学教授Seth Marder说。硅太阳能适合提供大型太阳能，而OSC具有其他独特的优势，指导其现实世界的应用。
OSC的两个独特功能是它们的薄弱和灵活性。虽然典型的硅太阳能电池与人头发的平均宽度大致厚，但大多数OSC大约一千次稀释剂。由于它们的薄性和灵活性，OSC可以在弯曲表面和柔性背板上制造。例如，它们可以被修补或集成在帐篷，背包甚至衣服的织物中。这些产品中的大多数仍在开发上并占据了一个利基市场，但它们展示了OSC提供的创新创造力。使用OSC技术，可以使用太阳能电池的可能性，从而大大扩展到屋顶和太阳能农场之外。
如果10年前你告诉我我们会有18%效率的有机太阳能电池，我会笑的。
OSCs还可以做成透明、半透明或各种颜色。因此，有许多潜在的体系结构应用程序。例如，透明的OSCs可以集成到窗户中，从阳光中产生能量，否则可能会温暖一个房间，并导致更高的空调成本。北卡罗莱纳州立大学材料科学与工程教授弗兰克·索提供了另一种应用:OSCs可用于天窗，为电动和混合动力汽车提供动力。
此外，较低的前期投资和潜在的较低的产品运输成本使发展中国家缺乏电网和建设电网的财政手段的社区可以获得盐层技术。OSCs有一种独特的能力“在没有权力的地方带来权力”，波士顿大学的化学副教授Malika Jeffries-EL解释说。在这些情况下，OSC技术可以提供照明、手机充电和药物和疫苗冷藏等任务所需的少量基本电力。
OSCs的另一个卖点是，与硅太阳能电池相比，它们的生产能耗更低。为了生产用于硅太阳能电池的高纯硅，需要极高的高温熔炉——华氏2700度以上。相比之下，大规模的OSCs可以通过简单地将电池层打印到背面来制造，过程类似于印刷报纸。由于这一过程消耗更少的能量，OSCs比硅电池有更短的能量回报时间。换句话说，OSCs需要更短的时间来产生制造它们所需的能量。
这个怎么运作
第一个有机太阳能电池于1958年开发，但直到2000年代，OSC效率显着提高。这种改进的OSC技术从有机发光二极管领域出现，通常称为OLED。OLED技术目前在市场上使用了许多电视和电话屏幕。在OLED屏幕中，一层有机分子（主要由碳和氢原子组成的分子）在施加电流时发光。OSC基本上以相反的方式工作 - 有机分子层在暴露于光线时产生电流。
有机太阳能电池由多层材料组成，其中一层是受体层。当阳光照射到电池上时，一个电子从有机分子层中释放出来，而受体的工作就是把这个电子传递到电极上。这一过程导致电荷积聚，从而产生电力。
随着非富勒烯受体的发展，OSCs的效率急剧提高。图表由Felipe Larrain提供
传统上，OSCs中最常用的受体是基于富勒烯的材料。富勒烯是一种由60个碳原子组成的分子，其结构类似于足球。然而，富勒烯受体的OSCs效率仅为10%左右。换句话说，只有10%照射到太阳能电池的阳光被转化为电能。因此，研究人员开始探索新型的受体层，作为提高盐含量效率的一种手段。
允许OSC实现更高效率的突破是发展非富勒烯受体（NFAS）。随着NFA的效率急剧增加 -18在短短几年内。这就把OSCs带到了低端是普通商用硅太阳能电池的18%到22%的效率．这种效率的效率超出了许多专家的期望，其中一些人在奥斯普效率徘徊在3％左右时，其中一些人开始在该领域工作。“如果10年前你告诉我，我们将有18％效率的有机太阳能电池，我会笑，”芒德说。
克服障碍
在OSCs能够广泛上市之前，还有很多工作要做。最大的挑战之一是制造过程中使用的溶剂。大多数表现最好的OSCs是用氯化溶剂制造的，氯化溶剂对健康和环境都有危害。“扩大OSC制造业时,你必须考虑接触的人将在制造工厂工作,”伯纳德Kippelen说乔治亚理工大学电气和计算机工程教授,迄今为止的研究主要集中在获得越来越高的效率,但随着Kippelen说,“我们需要一种远不止一个数字的方法。”为了使OSCs成为一种可行的技术，制造过程必须进行优化，使其更安全、更经济。
有机太阳能电池需要更短的时间来产生制造它们的能量量。
大规模生产OSCs的另一个障碍是在理想的实验室条件下测试的单个电池的效率与大型模块的效率之间的差异。单个电池的效率很高，但将多个电池组装成模块、面板或阵列需要额外的电子连接，这将降低效率。然而，正如Kippelen指出的那样，这种差异是意料之中的。他说:“电池效率的提高需要一段时间才能反映到生产流水线上模块的效率上。”“硅太阳能电池也是如此。”
OSC研究的资金是另一个问题。在美国，太阳能电池研究的大部分资金来自政府机构，如能源部。然而，根据Kippelen的说法，由于一种迅速扩大的太阳能电池种类的出现，“很多用于研究盐碳的资金来源几近枯竭”钙钛矿．“钙钛矿的使用令人兴奋不已，因为在某些情况下，它们的效率甚至高于硅。”然而，尽管美国对oscc的资助有所减少，中国仍在继续引领oscc的研发。马德说:“美国的[盐含量研究]工作量只是中国的一小部分。”“在中国，人们正全力以赴地做这件事。”
乐观理由
未来的世界能源消耗将继续上涨，特别是发展中国家渴望发达国家享受的按需能源产量的同样效益。Marder，Kippelen，Jeffries-El等研究人员称OSC技术有可能在全球对可再生能源过渡中发挥独特而重要的作用。近期OSC效率的增加为18％，有许多研究人员致力于推进这项技术，科学家们正在调查串联OSC（使用两种吸收不同波长的阳光波长的材料）来捕获更多能量。有些人希望这种发展可以提高OSC效率，更高甚至高达20％。
Kippelen要求进行OSC技术的长期视图。“太阳能技术将在很长一段时间内，”他说，“我真的相信OSC，随着时间的推移，将成为一个非常重要的技术。”
编者按:Kellie Stellmach是作为一名参与者写这篇报道的Ensia导师计划．她是佐治亚理工学院攻读化学博士学位的研究生。她的研究与有机太阳能电池领域无关。虽然她上过赛斯·马德的课，但这篇报道的采访是在她成为他的学生之前完成的。
