光伏產業正在持續努力利用聚合體制作太陽能電池，因為聚合體不僅能夠在室溫下和普通環境條件中進行加工，而且可以應用比硅加工相對便宜的加工工藝，如各種印刷技術。不過，要盡可能獲得最大的效率，僅獲得化學品和這些不同材料的化學組分是不夠的，在應用這些材料制作電池前，還應盡可能多地理解它們的微結構。


　　華盛頓大學化學系的David Ginger教授及其學生們一直在研究這個課題，利用掃描探針顯微鏡（SPM）來研究微結構。Ginger介紹：“我們的想法是看看利用這種水平的分辨率，能否測試PV和更基本的電子屬性。我們可能找出限制其性能的地方以及如何提高性能。”





　　其中有段時間，Ginger和其團隊利用不同的（SPM）――從靜電力顯微鏡（EFM）到導電的原子力顯微鏡（c-AFM）――來開發太陽能電池中光電流分布圖，使能夠確定光電流起源區域的大小和種類。“這只是第一步，獲取更細微的圖片。”Ginger說，“我們不只是希望了解光電流的來源，還想找出電荷生成的地方，它們在哪里復合，以及在極不均勻薄膜的不同區域中電荷傳輸的差異。我們想努力找出傳輸差異。”


　　問題是如何解釋數據方面存在量化問題。幾位研 究者以前嘗試過解釋，稱若采用SPM技術來測量帶電載流子的遷移率，很快就能認識到SPM獲得的數據可以比真實數據高了兩個數量級之多。Ginger領導的小組一直在努力攻克這個難題，確定是否可能利用這種方法獲得定量測量結果，而不僅是定性結果。“這些材料中已知的遷移率數值和掃描探針測試結果存在兩個數量級的差別，這個事實使得我們在采用該技術前有幾分猶豫。”Ginger說，“因為即使它能給出相對值，但你會想知道它是否有那么精確，因為它比你想象的結果大了那么多。”


　　研究人員們假設差異主要在于試驗的電極形狀。進行數值計算驗證可能性和通過試驗在數值模擬結果間進行比較后，人們發現，確實大多數擾動可以歸因于導電的AFM試驗中的超尖針面形狀與平面形狀的對比，體光電測試采用平面形狀。“比較這兩者，可以知道必須根據薄膜厚度和針尖的直徑，縮小實驗導電AFM的結果。”Ginger說，“考慮這兩個因素，采用不同針尖測得不同薄膜上遷移率數值的可導性AFM數據，再將這些數據的全部散點圖連成一條光滑的線條，該線條與基本的薄膜性質一致。”


　　這個突破讓這個團隊獲知為何不同針尖對某個薄膜的測量結果不同，以及為何此薄膜會給出與其它薄膜不同的值。現在可能獲得合理的載流子遷移率，使得利用這種技術獲取不均勻薄膜中不同區域處遷移率的定量變化。下一步是利用該技術及其結果來表征局部變化，因為現在已經知道這種技術能給出正確的定量結果。


　　理解這些局部運輸擾動，可以將其與器件內部性能變化聯系起來，并可能更理性地優化薄膜加工，以某種無目的的風格加工。“試用不同溶劑、不同加熱條件、不同時間和不同溫度下的各種退火，可以知道會影響薄膜的質地和微結構形貌。”Ginger表示，“不過，我們真的希望將其與局部空穴遷移率的變化聯系起來。”


　　研究人員希望以后將這些運輸測量結果與載流子產生及載流子捕獲和復合的局部測量結果聯系起來。一旦獲得了這些結果，就有可能獲得這些納米結構有機太陽能電池工作原理的真正顯微圖像。這會將現在還是藝術的東西轉變成技術。當然，總體目標是真正開發可吸收更寬范圍的太陽能頻譜和更穩定的新型聚合體；具有更佳能級對準的材料，從吸收的光子中獲得電壓而不會浪費。但是，在有機電子和聚合體光伏領域還存在許多明顯的基本研究和技術方面如加工和表征的挑戰。


　　UW的研究人員們清楚所需要完成的工作。但正如Ginger說的“說起來容易做起來難”。