科學家發明了一種排列太陽能電池成分的新方法。圖中綠桿為聚合物給體，紫色和棕色的是富勒烯受體。（：UCLAChemistry）

目前居民屋頂的太陽能板每次只能儲存幾微秒的太陽能。一種由加州大學洛杉磯分校化學家發明的新技術能夠將太陽能儲存幾周——這是一種能夠改變太陽能電池設計的重大進展。此項研究結果發表在《科學》雜志上。

新設計靈感來源于植物的光合用途。“生物通過陽光來出現能量的方式很棒。”文章作者之一，加州大學洛杉磯分校化學教授SarahTolbert解釋道，“植物用非常高的效率來進行光合用途轉化太陽能。”“在光合用途中，接收陽光照耀的植物使用組織精細的納米級別的細胞器來將電荷分離——將電子從帶正電荷的分子中拉出，并將正負電荷分離。”Tolbert說，“這種分離過程是高效的光合用途的關鍵。”一般的屋頂太陽能電池使用硅這種比較昂貴的材料來從陽光中獲取能量。

目前有用塑料來制造廉價電池的驅動力。但是由于被分離的正負電荷在輸出電能前又重新結合，因此目前的塑料太陽能電池效率不高。“目前的塑料太陽能電池沒有像植物那樣精細的結構，因為我們以前沒有制造相關相關經驗。”Tolbert說，“但是我們設計的這種新系統能在幾天甚至幾周內將正負電荷分離儲存。一旦把結構搞對了，你就能大大延長能量的儲存時間。”加州大學洛杉磯分校制造的新系統中起到重要用途的是一種聚合物給體以及一種納米級別的富勒烯受體。

聚合物給體能夠吸收陽光并將電子傳遞給富勒烯，電能就是在這個過程中出現的。被稱為有機光伏的塑料材料的結構通常像一盤煮過的意面那樣無序。細長的聚合物給體就像“意面”，富勒烯就像“肉丸”。這樣的結構使得電流很難流出電池，因為有時電子會彈回聚合物“意面”后消失。新技術將這些成分有序排列——就像一把生意面和精確穿插其中的肉丸相同。一些富勒烯“肉丸”在聚合物給體形成的環抱中，另一些則在外側。環抱中的富勒烯將電子從聚合物中分離然后“丟”給外側的富勒烯。

通過這樣的方式，電子能夠脫離聚合物存在幾周的時間。“當電荷不返回時，系統就能工作得好。”文章的另一作者，加州大學洛杉磯分校化學教授BenjaminSchwartz解釋道，“這是第一次用合成有機光伏材料做到這一點。”在新系統中，只要將材料放在一起它們就能完成自我組裝。“我們真的很費力設計出了這種新系統，這樣以后就不用費勁了。”Tolbert說新設計比現在的一般設計更環保，因為材料可以在水中，而不是目前慣用的有毒有機溶劑中進行組裝。“一旦你能夠做出這種材料，你就可以把它們倒到水里，它們會自己組裝成合適的結構，因為它們就是這樣被設計的。”Schwartz說，“所以無需額外的工作。”研究人員已經開始研究如何將這種新技術應用于目前的太陽能電池中。

文章另一位作者，加州大學洛杉磯分校的化學教授YvesRubin評價道：“我們還沒有在真正的太陽能設備中測試這種材料。但解決方法全在這兒了。假如我們能把它們組裝起來做成一個閉合電路時，我們就真的成功了。”但就目前而言，這些科學家已經證明便宜的光伏材料能夠用某種方式組織起來大大改善儲存太陽能的能力。