由廉價塑膠聚合物製成的太陽能電池幾乎無法捕獲陽光中的能量。光子從塑膠上反射，且塑膠太薄而無法吸收過多能量，從而使聚合物呈現顏色。“它有顏色這一事實本身就告訴你這東西沒有按應有的方式工作，”位於北卡羅來納州溫斯頓-塞勒姆市維克森林大學的物理學家大衛·卡羅爾說。但塑膠太陽能電池具有柔韌性、輕便且理論上成本低廉的優點，這意味著它們可以被整合到各種產品中。“你無法想象有什麼比製造保鮮膜更便宜的東西，而這些基本上就是保鮮膜，”位於科羅拉多州戈爾登市的能源部（DOE）國家光伏中心主任勞倫斯·卡茲梅爾斯基說。
現在，卡羅爾和他在維克森林大學奈米技術與分子材料中心的同事已經展示瞭如何結合奈米級聚合物樹來提高這種可能具有革命性的太陽能電池的發電能力。“它們看起來有點像從一個觸點到另一個觸點的樹，抓住這種聚合物，抓住電荷並將其分流出這個裝置，”卡羅爾說。“頂部的樹枝材料與底部的樹幹材料的電荷移動方式不同。”
卡羅爾和他的同事在《應用物理快報》上報告稱，透過以這種方式平衡電荷，他們將此類電池的效率提高到 6% 以上。這種效率水平——這將是世界紀錄——尚未得到獨立驗證。“我更希望看到這些東西得到獨立證實，”卡茲梅爾斯基說。“我們所知的最好的有機電池是 4.8%。”
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維克森林大學的有機電池比用於比較效率的標準測量尺寸小得多，為 5 至 10 平方毫米，而不是 1 平方釐米。因此，美國能源部國家可再生能源實驗室 (NREL) 使用標準測量獨立確認效率，認為這種電池的效率僅能達到 3.3%。 “你不想過分承諾技術，”卡茲梅爾斯基說。但“它們具有巨大的潛力，我們必須給它們一個機會。”
然而，有機電池是使用 NREL 校準的光發射器進行測試的，同時還應用了標準的 10% 折扣，以應對用於測量的光譜中可能存在的差異。“我們認為我們給出的數字低於真實數字，”卡羅爾說。“透過將效能提高到我們提升的水平，你真的在提高這種技術商業化的希望，而且我們是用一種商品聚合物做到的。”
這種名為 P3HT 的聚合物可以實現各種應用，而新的奈米工程技術使得這種塑膠薄膜比以往任何時候都更厚——大約 120 奈米厚。因此，塑膠本身可以捕獲更多的光能，並結合了增強電流的奈米級“樹”。此外，前體已顯示出一定的耐久性。“我們確實有一些裝置已經輕鬆地持續穩定運行了一年以上，”卡羅爾說。
但未來此類聚合物電池製造方式的發展可能會使它們成為普遍現實。卡羅爾和他的同事還表明，這種聚合物可以包裹在光纖周圍。這些光纖將光引導到薄膜中並將其捕獲在那裡。“你可以將光子保持在那裡直到它們被吸收，”卡羅爾說。“現在你不會錯過任何光子了。” 因為光纖將光子引導進來，所以它們可以排列成捕獲更廣泛角度的光——例如在屋頂上。“我們正在努力表明，這些最佳光學幾何形狀可以帶來非常高效能的器件，”他補充道。
如果這種超高效太陽能電池能夠廉價且容易地製造出來，那將改變能源世界，特別是如果它們能夠突破 10% 的效率壁壘。“如果它們能夠取得突破，它可能會殺死其他一切，”卡茲梅爾斯基說。“它可能是顛覆性技術。”