维度网讯，由瑞典林雪平大学（Linköping University）、德国波茨坦大学（University of Potsdam）和柏林保罗·德鲁德研究所（Paul Drude Institute）组成的国际研究团队揭示了限制有机太阳能电池性能的隐藏机制，这有望帮助该技术突破20%的效率屏障。

有机光伏太阳能电池采用地球储量丰富的材料制造，能耗较低，有潜力以低于前两代太阳能技术的成本发电。太阳能电池的性能由短路电流、开路电压和填充因子这三个因素共同决定，但改善其中一项指标往往会牺牲另一项。

研究人员在有机太阳能电池领域长期面临一个权衡问题：提高开路电压的努力常导致填充因子降低，反之亦然。随着有机太阳能电池效率攀升至20%以上，这一矛盾愈发难以克服。波茨坦大学的Dieter Neher博士、林雪平大学的Feng Gao博士以及保罗·德鲁德固体电子学研究所的Safa Shoaee博士合作调查了其根本原因。

研究团队与领域内其他专家合作，分析了有机太阳能电池效率提升在较高水平时为何放缓。结果显示，在特定条件下，电池活性层中自由电荷的产生严重依赖有机半导体材料中的电场。波茨坦大学物理学教授Neher指出，这导致了一个此前未被充分理解的填充因子限制，当需要最小化电压损失时尤为关键。

当阳光照射到有机太阳能电池时，会产生由带负电的电子和带正电的空穴组成的束缚对（即激子）。这些激子必须先分裂成可发电的自由电荷。通过模拟整个太阳能电池，团队发现激子存活时间和电荷转移过程中释放的能量是低电压损失条件下填充因子的关键决定因素。团队证明，延长激子寿命可以显著缓解这一问题，并开发了新的有机材料组合用于制造太阳能电池，这些设备同时实现了高填充因子和较强的整体功率输出。

研究人员认为，这些发现为未来有机光伏材料和器件架构的开发提供了通用的设计原则。该研究已发表在《自然·光子学》（Nature Photonics）期刊上。

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