下一代有机太阳能电池：革命性的太空能量收集

之前的研究主要考察了有机太阳能电池在暴露于辐射后将光转换为电能的效果。然而，这项新的研究还探讨了导致性能下降的分子层级变化。

来自密歇根大学的首席研究员李永熙表示：“由于太阳的质子辐射，硅半导体在太空中不稳定。”他参与的研究将在《Joule》上发表。“我们评估了受质子影响的有机光伏，因为这些粒子已知对太空中的电子材料造成最严重的损害。”

太空任务通常利用砷化镓，因为它在抗质子损伤方面的效率和耐用性；然而，它的成本较高，且类似于硅，重量稍重且不够灵活。相比之下，有机太阳能电池更轻，并且可以制造成柔性。这项研究有助于探讨有机材料的可靠性，这对于更倾向于经过验证的选项的太空任务而言往往不太熟悉。

由小分子制造的有机太阳能电池在质子暴露下表现出韧性，三年的辐射后没有显示出损伤。相比之下，使用聚合物（具有支链的复杂分子）制成的太阳能电池效率下降了一半。

密歇根大学工程学院的彼得·A·弗兰肯杰出大学教授Stephen Forrest解释说：“我们发现质子会切断一些侧链，形成捕获电子的陷阱，这降低了太阳能电池的性能。”

这些陷阱捕获光照射到太阳能电池时释放的电子，妨碍它们移动到负责收集电能的电极。

Forrest表示：“这一问题可以通过热退火得到缓解，这涉及到对太阳能电池进行加热。我们也可以寻找其他原子填充这些陷阱，从而完全解决问题。”

太阳能电池在阳光直射时，可能在约100°C（212°F）的温度下有效自我修复——这一温度足以在实验室环境中修复化学键。然而，仍然存在疑问：在真空的太空中，这些修复会发生吗？修复过程对于长时间的任务是否足够可靠？或许，首先设计材料，以防止形成损害电子陷阱会更简单。

李永熙计划在他担任中国南京大学先进材料与制造的副教授期间进一步探索这两个方向。

这项研究得到了环球显示公司和美国海军研究办公室的资助。

太阳能设备部分在卢里纳米制造设施建造，随后在密歇根离子束实验室暴露于质子束，并在密歇根材料表征中心进行分析。

研究团队在密歇根大学创新合作伙伴的指导下寻求专利保护。环球显示已获得在密歇根大学开发的技术的许可，并已提交专利申请。Forrest在环球显示公司有财务利益。