突破性的有机太阳能电池具有 100% 的电荷收集效率，可彻底改变太阳能技术

剑桥大学的一个研究小组在一项突破性发现中发现，一种特殊的有机半导体分子可以利用以前被认为是无机材料独有的机制发电。这项发表在《自然-材料》（Nature Materials）杂志上的研究成果可以开发出单材料太阳能电池，从而对未来的太阳能和电子技术产生巨大影响。

这项研究由理查德-弗兰德爵士教授的物理学团队和雨果-布朗斯坦教授的化学团队合作完成，重点研究一种名为P3TTM的有机分子。联合研究小组发现，当 P3TTM 分子紧密堆积在一起时，未配对电子之间的独特相互作用可以将光子转化为可用的电荷。

在大多数有机材料中，电子都是成对的，不会与相邻的电子发生相互作用。但在我们的系统中，当分子聚集在一起时，相邻位点上的未成对电子之间的相互作用促使它们交替地上下排列......吸收光线后，其中一个电子会跳到它最近的邻近位点上，产生正负电荷，这些电荷可以被提取出来，从而产生光电流。- 李必文，卡文迪什实验室首席研究员。

传统的太阳能电池需要在两种材料--电子供体和受体--之间建立一个界面才能发电，这种设置限制了电池的整体效率。

这种材料在实验室测试中表现出色，在一种配置中，产生电荷的量子产率高达 40%。在另一种使用该材料纯薄膜制成的简单太阳能电池的配置中，研究人员测得的电荷收集效率接近 100%。不过，研究小组没有报告这些配置的总体功率转换效率。

这一突破可以促进使用单一材料而不是两种材料的紧凑型、高效率和低成本太阳能电池的开发。如果成功集成，这项技术将为下一代自充电电子设备提供动力。