由廉价塑料聚合物制成的太阳能电池几乎无法捕获阳光中的能量。光子从塑料上反射，且塑料太薄而无法吸收过多能量，从而使聚合物呈现颜色。“它有颜色这一事实本身就告诉你这东西没有按应有的方式工作，”位于北卡罗来纳州温斯顿-塞勒姆市维克森林大学的物理学家大卫·卡罗尔说。但塑料太阳能电池具有柔韧性、轻便且理论上成本低廉的优点，这意味着它们可以被整合到各种产品中。“你无法想象有什么比制造保鲜膜更便宜的东西，而这些基本上就是保鲜膜，”位于科罗拉多州戈尔登市的能源部（DOE）国家光伏中心主任劳伦斯·卡兹梅尔斯基说。
现在，卡罗尔和他在维克森林大学纳米技术与分子材料中心的同事已经展示了如何结合纳米级聚合物树来提高这种可能具有革命性的太阳能电池的发电能力。“它们看起来有点像从一个触点到另一个触点的树，抓住这种聚合物，抓住电荷并将其分流出这个设备，”卡罗尔说。“顶部的树枝材料与底部的树干材料的电荷移动方式不同。”
卡罗尔和他的同事在《应用物理快报》上报告称，通过以这种方式平衡电荷，他们将此类电池的效率提高到 6% 以上。这种效率水平——这将是世界纪录——尚未得到独立验证。“我更希望看到这些东西得到独立证实，”卡兹梅尔斯基说。“我们所知的最好的有机电池是 4.8%。”
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维克森林大学的有机电池比用于比较效率的标准测量尺寸小得多，为 5 至 10 平方毫米，而不是 1 平方厘米。因此，美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 使用标准测量独立确认效率，认为这种电池的效率仅能达到 3.3%。 “你不想过分承诺技术，”卡兹梅尔斯基说。但“它们具有巨大的潜力，我们必须给它们一个机会。”
然而，有机电池是使用 NREL 校准的光发射器进行测试的，同时还应用了标准的 10% 折扣，以应对用于测量的光谱中可能存在的差异。“我们认为我们给出的数字低于真实数字，”卡罗尔说。“通过将性能提高到我们提升的水平，你真的在提高这种技术商业化的希望，而且我们是用一种商品聚合物做到的。”
这种名为 P3HT 的聚合物可以实现各种应用，而新的纳米工程技术使得这种塑料薄膜比以往任何时候都更厚——大约 120 纳米厚。因此，塑料本身可以捕获更多的光能，并结合了增强电流的纳米级“树”。此外，前体已显示出一定的耐久性。“我们确实有一些设备已经轻松地持续稳定运行了一年以上，”卡罗尔说。
但未来此类聚合物电池制造方式的发展可能会使它们成为普遍现实。卡罗尔和他的同事还表明，这种聚合物可以包裹在光纤周围。这些光纤将光引导到薄膜中并将其捕获在那里。“你可以将光子保持在那里直到它们被吸收，”卡罗尔说。“现在你不会错过任何光子了。” 因为光纤将光子引导进来，所以它们可以排列成捕获更广泛角度的光——例如在屋顶上。“我们正在努力表明，这些最佳光学几何形状可以带来非常高性能的器件，”他补充道。
如果这种超高效太阳能电池能够廉价且容易地制造出来，那将改变能源世界，特别是如果它们能够突破 10% 的效率壁垒。“如果它们能够取得突破，它可能会杀死其他一切，”卡兹梅尔斯基说。“它可能是颠覆性技术。”