簡要地說，有機太陽能電池的原理和薄膜硅太陽能電池一樣，其產生并且分離負電荷的工作層大約厚200-300納米。這么一個薄層的有機物光電材料，很難吸收太陽光，因為大部分光能會透過電池，不能被轉化為電能。如果增加工作層的厚度，分離的正負電荷又傾向于在移動過程中重新合并，難以到達兩側電極。這個難題常常讓研究人員感到束手無策，直到最近一種新的解決方法被提出來：利用表面等離子體來提高電池對于光能的捕捉和吸收。
當一束光照射到金屬納米顆粒上時，與光的波長相比，顆粒的尺寸要小得多，所以金屬納米顆粒的電子將會隨著光波的振動而發(fā)生位移，造成電子云的往復偏移，這樣電子就得到了一部分光能，同時也能夠將光線束縛在自身結構周圍內。也就是說，金屬納米顆粒以及納米結構，可以很好地束縛、增強，并且限制光能的傳播。
基于這個原理，我們可以在有機太陽能電池的工作層中間做出多種納米級金屬結構，通過光和納米結構的相互作用，來促進光能的吸收和轉化。
我所在的實驗室正在進行的研究包括，怎么采用自主裝的方式來快速、低價地合成較大尺寸的納米級金屬結構，以捕獲光能。經過研究，目前有幾種結構已經得到了驗證。如a所示，在表層嵌入納米顆粒，這樣光線就會廣泛地散射，而不是直接透過電池。所以光線會在電池中往復折返數(shù)次，提高了光吸收的比例。在圖b中，在中間界面嵌入納米顆粒，光線入射到這層納米顆粒中間時，就會被它們束縛住，不再會穿過電池，所以光線就被困在了電池內部，大大提高了吸收效率。另外圖c中：在底層制作出納米尺度的金屬光柵結構，這樣入射的光線將會被金屬光柵結構束縛在表面，光線只能沿著光柵方向傳播而不是直接從背面出射，這樣增加了光線在電池內部的傳播距離，所以提高了吸收和轉化為電能的效率。
總體上講，金屬納米顆粒的使用，使得入射的陽光更廣泛地分散，以使更多的光線進入太陽能電池。同時，不同大小和材質的微?？梢圆东@更多的波長范圍的光能，并且用以產生電能。這樣就大大提高了有機太陽能電池的發(fā)電效率，進一步將它推向大規(guī)模的應用。（作者為比利時魯汶大學化學系博士生 蘇亮）
