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有机太阳能电池是无机太阳能电池的一种廉价且通用的替代品。然而，他们的低效率和有限的寿命目前使他们不切实际的商业用途。

图片说明：阿贡国家实验室的研究人员有一个更好的看看有机太阳能电池形成的分子结构，它提供了新的见解，可以提高他们的效率。（图片由Shutterstock / Dave Weaver。）

为了使绩效改进和将这些太阳能电池更实用的应用部分，在阿贡西北太阳能研究中心的研究人员（Anser），西北大学和美国能源部（DOE）合作的阿贡国家实验室，有一个更好的看看有机太阳能电池的结构形式。

使用了阿贡国家实验室的先进光子源（APS），美国能源部科学办公室用户设施，研究者分析了有机太阳能电池的晶体结构发展为他们在不同的条件下产生的。通过APS，研究人员了解了某些添加剂如何影响获得的微结构，提供了提高细胞效率的新见解。

科学家们把精力集中在细胞的光敏层，由薄膜吸收太阳能并转换成电能。研究人员通过旋涂法制作了薄膜，这是一种在实验室中广泛使用的薄膜制作工艺。

在旋转涂层中，科学家将材料溶解在溶剂中，在纺丝表面上。这使它变成薄而均匀的薄片。他们安装在APS的X射线光束线的旋转涂布机和看电影的晶体结构的实时演变。

查看如何在一个完整而详细的方式形成的微晶，研究人员利用一个特定的原位法，称为掠入射广角X射线散射（GIWAXS），X射线衍射数据收集。

“它的稳定性和重现性，这个特定的旋涂装置允许这项研究发生，”西北大学毕业生Eric Manley说，该研究的第一作者，发表在10月9日的先进材料。

这项研究最重要的发现是，新的实验装置使某些添加剂能显著地影响薄膜结构停止变化的时间和薄膜在进化过程中所采用的中间结构。即使溶剂溶解后，结构仍能连续变化，从几秒钟到几小时，这取决于添加剂的存在。薄膜的制作速度较慢，添加剂的性能通常比快速形成的薄膜要好。

太阳能电池的生产商通常在旋涂后迅速进入下一步生产，在结构仍在形成的时候，它有可能锁定其形态。这可以显著影响电池的性能，积极的和消极的，”Manley说。“我们发现，我们需要报告制造步骤之间的时间，以控制条件以重现优化结果。”

研究人员计划研究更复杂的结构，并研究不同的选择如何优化性能。“我们希望这将铺平了道路，使这些细胞更适合日常应用，”Joseph Strzalka说，在阿贡国家实验室的物理学家和X射线科学部的研究小组成员解决时间。

Strzalka和他的合作者在APS应用光束线和5-id-d 8-id-e。该研究的资助，部分由阿贡西北太阳能研究中心，美国能源部科学办公室和国家科学基金会。共同作者包括Thomas J. Fauvell，Nicholas E. Jackson，Matthew J. Leonardi，尼古拉斯D. Tobin J. Marks，Lin X. Chen汉。

阿贡国家实验室试图压制民族问题在科学和技术解决方案。全国第一个国家实验室，阿贡进行领先的基础和应用科学的几乎所有学科的科学研究。阿贡国家实验室的研究人员密切合作，从企业、高校、研究人员和联邦数百，州和市政机构帮助他们解决具体问题，推进美国的科学领导和准备迎接美好的未来。来自60多个国家的员工，阿贡是管理的UChicago阿贡，LLC为科学系美国能源部。