盡管科學(xué)家和工程師已經(jīng)成功地利用了太陽(yáng)能，但仍存在很多效率和可靠性問(wèn)題。然而，南伊利諾伊州大學(xué)（Southern Illinois University Carbondale）的一位研究員正在研究新的材料，以極大地提高太陽(yáng)能電池的效率和改進(jìn)許多現(xiàn)存的技術(shù)。該大學(xué)科學(xué)院的物理系助理教授Mesfin Tsige正在研究導(dǎo)電聚合物，以及它將如何改變太陽(yáng)能。

聚合物的分子結(jié)構(gòu)由長(zhǎng)的、重復(fù)性的結(jié)構(gòu)單元所組成，并與半導(dǎo)體量子點(diǎn)相結(jié)合，相對(duì)于目前典型的太陽(yáng)能電池硅材料，這些聚合物具有好多效率上的潛在優(yōu)勢(shì)。Tsige正在考察當(dāng)表面處于不同溫度時(shí)導(dǎo)電聚合物的界面有何不同，以及在這些條件下它們的分子組織如何，這些直接影響聚合物的電特性和光學(xué)特性。

Tsige的研究受到了聯(lián)邦政府的極大信任和贊同，國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）授予了他亟需的事業(yè)基金，使得他在開(kāi)始獨(dú)立的研究事業(yè)時(shí)，能夠招納到有前途的一些研究員。Tsige將利用五年期的額度達(dá)43.2萬(wàn)美元的資金，來(lái)購(gòu)買(mǎi)計(jì)算機(jī)設(shè)備，雇傭畢業(yè)生助手，并支付三年的夏季客座學(xué)者的費(fèi)用。他也將資助一些物理學(xué)教育的工作。

Tsige將采用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬和分析聚合物和液晶的動(dòng)力學(xué)及結(jié)構(gòu)在界面處的變化。它使用了大量的計(jì)算能力，20、40甚至96臺(tái)互聯(lián)的處理器來(lái)對(duì)這些反應(yīng)進(jìn)行建模。這筆資金將幫助使計(jì)算機(jī)數(shù)量增加到128臺(tái)，未來(lái)將提供更強(qiáng)大的計(jì)算能力，來(lái)模擬更復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)。Tsige還很快將采用NSF提供的超級(jí)計(jì)算機(jī)，加快處理時(shí)間。

雖然聚合物是普通的材料，但Tsige所研究的僅僅是其中極少的能導(dǎo)電的聚合物。這是太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵特征，它采用不同類(lèi)型的納米級(jí)材料，并做成三明治結(jié)構(gòu)來(lái)捕獲光子，然后轉(zhuǎn)化成電力。Tsige正在兼顧基礎(chǔ)科學(xué)和聚合物的應(yīng)用，目標(biāo)是尋找更好的方法來(lái)制作太陽(yáng)能電池材料。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，他在探究從0.4nm薄到25nm厚的各種聚合物層。

聚合物如何構(gòu)成取決于其厚度?！拔覀儗?duì)其動(dòng)力學(xué)很感興趣，以及其分子如何移動(dòng)和其移動(dòng)如何被限制，”Tsige說(shuō)?！袄纾谀承l件下，聚合物更像固體，但更多的時(shí)候表現(xiàn)出液體的特性。我們想弄清楚為什么會(huì)這樣?！?/P>

更好的太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵在于，電子聚集和傳導(dǎo)，兩者都決定了電池效率。大部分太陽(yáng)能電池目前采用硅來(lái)捕獲、傳遞電子。“硅是很好的材料，”Tsige表示，“但是也有一些劣勢(shì)，尤其是與結(jié)合了量子點(diǎn)的聚合物的潛能相比時(shí)?！崩?，硅僅能捕獲一種頻率的陽(yáng)光，而半導(dǎo)體量子點(diǎn)及其可調(diào)的能帶隙卻能捕獲大部分頻率，并在這個(gè)方面很容易極大地提高效率。硅也經(jīng)受了所謂的“電子――空穴再結(jié)合”中電子逃逸而不能被利用的情況。

從另一方面講，導(dǎo)電聚合物正表現(xiàn)出極大的希望，一旦光生電子產(chǎn)生，就能被捕獲住，并且能有效地傳遞到電極表面，Tsige說(shuō)?！拔磥?lái)是屬于聚合物基太陽(yáng)能電池的。硅電池能很好地工作并有好的效率，但是聚合物基太陽(yáng)能電池能表現(xiàn)地更好，且避免了硅的大部分問(wèn)題。聚合物目前還沒(méi)達(dá)到比硅更好的程度，我們的研究正是為了優(yōu)化它們以達(dá)到這種目標(biāo)?！?/P>

Tsige補(bǔ)充說(shuō)，“這就是我們所有人目前的努力所在。如果我們解決并最小化電子――空穴再結(jié)合中的問(wèn)題，這將是一大進(jìn)步。它意味著更高效的電池，以及下一代電池設(shè)計(jì)上的一大優(yōu)勢(shì)。聚合物能夠做到這些。”