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有機太陽能電池是一種既經濟又環保的太陽能電池。現在，一群歐洲科學家利用超高速雷射裝置發現了將有機─無機複合式太陽能電池的效率提高兩倍的方法。

有機太陽能電池是一種創新的能源提供方式。除了環保，低廉的製造成本以外，亦可以造在如塑膠般的柔性基板上，以增加其應用範圍。但是其發電效率卻仍低於其他傳統的無機半導體電池。將光線轉換成電流的過程中，最重要的關鍵是自由電荷載體產生的過程。在有機太陽能電池的光電轉換步驟中，首先，當有機物(通常是聚合物)元件吸收到光線後，會釋放出電子，然後這些電子會被電池的另一個元件(此研究是用矽奈米顆粒)所吸收，接著電子會被進一步的傳輸來形成電流。

然而，電荷分離的機制和及充電時間的長短在學術界仍是爭論不休了好幾年。現在，慕尼黑大學物理系教授Eberhard Riedle，與慕尼黑科技大學(Technical University in Munich)以及拜羅伊特大學(Bayreuth University)的合作夥伴，已經能夠詳細的分析光轉電子的過程。為了做到這一點，研究人員利用一種含有有機和無機成分的新型複合式電池，使用矽作為電子的受體。基於在此系統所獲得的研究成果，他們開發出一種新的處理方法，以改善聚合物的結構秩序，也因此增強了有機半導體中電荷分離的效率。

這突破性的關鍵在於一個獨特的飛秒雷射實驗裝置，它的時間解析度高達40飛秒 (fs)，並且可以偵測非常寬的波段範圍。這項裝置幫助研究團隊即時觀察元件吸收光子時所產生的超高速過程。研究人員並改用矽作為電子受體(electron acceptor)來取代傳統有機電池中所使用的富勒烯(fullerenes)，因為矽做為電子受體具有下列兩項優點：偵測準確性的提高以及矽的反應光譜範圍較大”。

結果發現，自由電荷載體 - 所謂的極化子(polarons) - 不是光激發後立即產生，而是延遲了約 140 fs。聚合物分子的一次光激發首先形成了一個受激態，並形成激子(exction)。然後發生解離，釋放出一個電子，接著電子被轉移到電子受體。聚合物失去電子留下正電荷而形成“電洞”。電洞與電子具有相反的電荷而由庫侖力相互吸引。因此，電子與電洞具有復合的趨勢。

這項研究的第一作者丹尼爾赫爾曼Daniel Herrmann解釋：「為了獲得自由電荷載體，電子和電洞都必須充分的移動來克服庫侖力。」該團隊發現，有秩序排列結構的聚合物比無序排列的聚合物更能提高電子電洞的分離效率。換句話說，一個聚合物的自我排列的程度愈高，愈能顯著增加電荷的分離效率。

該研究團隊所使用的聚合物是少數已知具有自我排列能力的聚合物之一。研究人員成功地倍增自由電荷載體的分離效率，也因此提高了有機太陽能電池的發電效率。

消息來源:http://stn.nsc.gov.tw/view_detail.asp?doc_uid=1001130011