北卡罗莱纳州立大学的研究团队开发了对下一代低成本太阳能电池大有裨益的新技术，这种技术可用于确定一种材料的结构对有机太阳能电池的效率的影响。通过这种技术，研究人员获得了一个有助于指导今后的研究和开发工作的发现，即在纳米尺度上组织结构有序的材料在产生自由电子方面的效率与组织结构无序的材料无异。相关研究成果发表在2月25日的《先进功能材料》上（Adv. Funct. Mater., 2015, 25(8), 1296-1303）。 

　　“大量关于有机太阳能电池效率方面的研究表明能量转换过程涉及多个步骤，单独考虑每个步骤的效率是非常困难的。”北卡罗莱纳州立大学机械工程的助理教授，同时也是这部分研究工作的通讯作者Brendan O'Connor博士介绍道，“在论文中我们讨论的新技术使得我们可以解开这些变量，从而专注于一个特定的步骤－激子分离效率。” 

　　从广义上讲，有机太阳能电池将光转换成电流包含四个步骤。首先，电池吸收太阳光使得活性层的电子被激发发生跃迁，从而在活性层产生空穴。电子和空穴被统称为激子。第二步－—扩散，即激子扩散到与其它有机材料在活性层相互接触的界面。当激子到达界面处后分离，释放电子和相应的空穴，此即为第三步－—分离。最后，自由电子通过活性层到达一个可以被收集的点，此步骤被称为电荷收集。 

　　在之前的有机太阳能电池研究中，由于没有明确的区分方法，研究人员对效率不同是否由分离步骤或电荷收集步骤引起存在广泛争议。为了回答这样的问题，研究人员开发了一种方法，这种方法利用了光的一种特性：如果光的偏振方向平行于有机太阳能电池分子的轴向，光即会被吸收；如果光的偏振方向垂直于有机太阳能电池分子的轴向，光就会通过。 

　　研究人员制备了纳米结构组织有序并且有一定活性层的有机太阳能电池，意味着活性层中的分子以同样的方式运动而非活性层中的分子则朝着不同方向运动。这种设计使得研究人员可以通过控制照射在活性层的光的偏振态来有效获取电池中组织结构有序的部分。换句话说，研究人员可以单独测试电池中组织结构有序或者无序的部分－—即使它们都在活性层。 

　　由于电荷收集在两部分可能都一样，这种技术使得研究人员可以测量每种组织结构对材料激子分离效率的影响程度。 

　　“我们惊讶地发现材料激子分离效率与组织结构没有联系。” O'Connor说，“这表明就为了获得自由电子而言，我们没有必要制备纳米组织结构有序的材料。” 

　　在实际应用中，这项技术有助于区分新开发材料的效率损失和协助确定哪些材料和纳米结构是必须的，从而推动有机太阳能电池技术向前发展。