一、研制有机太阳能电池的新成果
（一）并五苯太阳能电池研制的新进展
1．研制并五苯太阳能电池的新成果。
⑴开发出柔软而轻薄的并五苯太阳能电池。2004年11月29日，美国乔治亚理工学院，电子和信息工程学院教授伯纳德·基佩伦领导，他的同事参与的一个研究小组，在《应用物理通讯》发表论文称，他们开发出一种制造太阳能电池的新方法，即用并五苯高效地把太阳光转化为电能。研究人员认为，柔软、轻薄的并五苯太阳能电池板，不久有可能给像微型电脑以及数码音乐播放器ipod这样的小型电子设备提供能量。
丰富的太阳能，是储量日渐减少的矿物燃料的最佳替代品。然而，直到最近，利用太阳能最理想的材料，还是用硅晶体制造的太阳能电池板。研究人员在用太阳能给住宅甚至轿车提供动力方面，取得了一些成功。但是，用太阳电池板生产太阳能的成本很高，因此，它们的推广还存在着诸多局限。研究人员认为，他们能够通过制造一种成本低、效率高的有机太阳能电池来克服这个障碍。这种新型太阳能电池的材料，是并五苯。并五苯是用自然生成的氢和碳制成的薄片。由于工程人员无须按照硅太阳能电池所要求的复杂程序那样，制造有机太阳能电池，因此，有机太阳能电池的价格很便宜。
基佩伦说：“如果新技术想得到推广，它必须既经济又实用。”除了价格便宜外，太阳能电池还须效率高。效率是太阳能转化为电能的多少。材料结构是这种能量转化的关键因素之一。硅和氧的模式在硅晶体中会一遍遍重复。硅晶体由商业上使用的太阳能电池制成。大多数自然生成的材料(称为有机体)并不需要重复它们的模式，但并五苯会重复。尽管基佩伦研究小组开发的有机太阳能电池比硅太阳能电池便宜，但它们的效率还未达到硅太阳能电池的15％。
在论文中，研究小组详细介绍了他们的研究过程。基佩伦表示，目前有机太阳能电池的效率只有3.4 ％，但他希望这个数字能够在不久的将来达到5％。基佩伦说：“每次我们返回实验室，我们都增加了有机太阳能电池的纯度和效率。最近我们花了大量时间定型，这有助于我们知道如何提高效率。”虽然基佩伦认为有机太阳能电池在未得到显著改进之前，还无法向整个社区提供能量，但他预见了多种利用有机太阳能电池的方式。
基佩伦说：“有机太阳能电池能够给玩具提供动力，或者放进可打开的小型屏幕里面，既可以充电，又可以换电池。”用不对环境造成污染的材料把太阳能转化为电能，以及希望有机电池和太阳能将来取代矿物燃料成为主要能量来源，这两方面是基佩伦认为他的研究之所以重要的原因。基佩伦说：“太阳能极具吸引力，原因是太阳光用之不竭，一旦拥有设备，我们就可以源源不断得到免费的能源。”
⑵开发出含有并五苯的有机混合型太阳能电池。2012年2月8日，英国剑桥大学物理系卡文迪什实验室，尼尔·格里纳姆教授和理查德爵士领导，布鲁诺·埃尔勒、马克·威尔逊、拉奥·阿克沙伊等研究人员参加的一个研究小组，在《纳米快报》上刊登研究论文称，他们开发出一种含有并五苯的有机混合太阳能电池，可把最大光电转换率提高25%以上。
太阳能电池主要以半导体材料为基础，利用光电材料中的光子吸收光能后，发生光电转换反应而产生电能。传统的太阳能电池只能吸收太阳光谱中部分可见光至近红光部分，随着温度的增加，许多蓝色光子的能量就损失掉了。这种一次不能吸收不同颜色光的性能，决定着其光电转化率不会超过34%。
剑桥大学研究小组，开发出一种有机混合电池，它可在吸收红光的同时，利用额外蓝光能量产生更大的电流。通常情况下，太阳能电池可使一个光子产生一个电子。而在太阳能电池中加入一种有机半导体并五苯后，太阳能电池可以激发每个光子从蓝色光谱中产生两个电子，由此使电池转换效率提高到44％。
埃尔勒说：“有机混合型太阳能电池，比现在基于硅的太阳能电池具有技术优势，因为它可像报纸印刷的卷带式系统一样，低成本大量生产。然而，一个太阳能电站的成本，大多体现在土地、劳动力和安装硬件上。因此，即使有机太阳能电池板比较便宜，我们仍需要提高其效率，使其更具竞争力，否则，你会发现好似买了一幅便宜的画后配了一个昂贵的框架。”
威尔逊说：“重要的是，我们在向采用可持续能源的方向迈进，并且为探索可能的解决方案提供了有益思路。”阿克沙伊指出：“这仅仅是迈向新一代太阳能电池的第一步，而能成为这种努力的一部分，我们感到非常兴奋。”
2．把并五苯作为太阳能电池材料研究的新发现。
发现并五苯可使太阳能电池转化率显著提高。2011年12月16日，美国得克萨斯大学奥斯汀分校化学系朱晓阳教授领导的一个研究小组，在《科学》杂志上发表研究报告称，他们根据有关太阳能能量转换机制的全新研究，利用一种有机半导体材料，可使传统太阳能电池的效率显著增加，从31%提升至44%。
该研究小组发现，利用一种有机半导体材料，可使从太阳光子收获的电子数量增加一倍。朱晓阳表示，有机半导体太阳能电池的生产具有很大优势，其中之一就是成本较低。新材料开启了太阳能能量转换的新途径，从而让能量转换效率达到更高。
目前，使用的硅太阳能电池的最大理论效率大约为31%，这是因为投射在电池上的太阳能大多过高而难以转化为可用的电力。这种以“热电子”形式呈现的能量，会以热能的形式损失掉。而捕获热电子能潜在提高太阳能到电力的转化效率，甚至可使这一比率达到66%。
该研究小组此前表明，可以借助半导体纳米晶体捕获热电子，但这种技术的实际应用却十分具有挑战性。朱晓阳表示：“66%的转换效率，仅在阳光高度集中时才能达到，而不是投射在太阳能电池上的普通阳光。这将是在考虑新材料或设备的设计时需要考虑的问题。”
为了针对普通阳光而不是高度集中的光束，研究人员找到一种替代方法。他们发现，在并五苯半导体内吸收光子，能够创建一个激发的电子空穴对，即激发性电子（激子）。并五苯等小分子在纯态时可以导电，而且它们可以直接做成晶体或薄膜供各种装置使用。激子与量子力学相耦合，能够引发黑暗的多激子态。这种暗量子“阴影态”是捕获两个电子最有效的来源，利用这种机制，可将太阳能电池的效率提高至44%，而无需使用高度集中的太阳光束，这能够为未来太阳能技术更广泛地使用奠定基础。
（二）塑料太阳能电池研制的新进展
1．研制常规塑料太阳能电池的新成果。
⑴发明新型柔性塑胶太阳能电池。2005年1月，加拿大多伦多大学，电力与电脑工程教授萨金特领导的一个研究小组，在《自然·材料》期刊上发表论文称，他们发明了一种柔性塑胶太阳能电池，据称它把现有的有机太阳能转化为电能的效率，提高了五倍。
研究小组表示，这种电池能够利用阳光中的红外线，并且可以在布、纸和其他材料表面形成一层柔性膜。这层膜可以把30%的太阳能转化为可利用的电能，比目前应用的效率最高的塑胶太阳能电池要好得多。
萨金特说，由于这种电池能使用有弹性的材料转化太阳能，把塑料与纤维编织在一起类似现有的合成纤维，然后把它们制成衣物，做成可以穿在身上的太阳能电池。不难看出，这是便携式电力。他还表示，这种衣料可以用在衬衫或运动衫上为手机等设备充电。
萨金特说，目前正在寻找投资者，以便把这种发明转化为商业产品。如果他们能制造出更廉价、应用更广泛的太阳能电池产品，那将是重大的突破。
⑵研制出“物美价廉”的塑料太阳能电池。2005年10月9日，美国加州大学洛杉矶分校，亨利工程与应用科学学院教授杨阳主持，博士后研究员李刚和研究生维沙尔·虚柔日亚等人参与的一个研究小组，在《自然·材料》杂志发表论文称，他们寻求一种新的手段使太阳能发电更为经济：用废旧塑料制造太阳能电池面板。
研究人员表示，他们开发的新型塑料太阳能电池，最终成本只有目前使用的传统电池的10％～20％，这使该项技术的广泛应用成为可能。
杨阳说：“太阳能是一种清洁的替代能源。加之目前的能源危机，我们应该大力支持，对地球无污染的新型可再生能源的开发。我坚信，随着这项技术的应用，必将给所有消费者提供一个经济又实用的选择。”
从性价比来看，传统的太阳能模块电池，比石油能源贵大约三到四倍。尽管20世纪80年代初期太阳能模块电池价格有所下降，但电池仍占安装太阳能发电系统的总费用的一半。
目前，世界上接近90%的太阳能电池用高纯度的硅制成，硅也就是用来生产集成电路板和计算机芯片的材料。计算机工业的迅猛发展，导致了高品质硅的供不应求，从而使得太阳能电池价格居高不下，离寻常百姓越来越远。
研究人员说，他们把一层塑料板夹在两层导电电极中间，这种太阳能电池易于批量生产，成本也大幅降低，大约是传统太阳能硅电池的三分之一。杨阳相信，这种聚合材料能够大批量购买，因此世界范围内敏感的商家很快会采用这项技术。
对这款太阳能电池的独立测试，显示其性能很好。坐落于科罗拉多州的美国唯一的太阳能技术权威认证机构——美国国家可再生能源实验室，帮助该研究小组验证了电池精确的功效数值。电池的功效是指，太阳能电池所收集的能量占照射其表面总太阳能量的百分比。
据杨阳介绍，他们研制的这种太阳能电池的功效数值是4.4％，是目前公布的塑料太阳能电池中最高的。
杨阳说：“任何研究中，得到精确的功效基准是最关键一步。尤其是这类研究，报道的功效数值可以相差很大。我们感谢国家可再生能源实验室帮助我们确定了这项工作的准确度。”
随着这项技术的突飞猛进，该研究小组计划在很短的时间内，使太阳能电池的功效增加一倍。这种聚合物太阳能电池的最终目标是功效数值达到15％～20％，使用寿命达15年到20年时间。同样使用寿命的大规模的硅模块电池，只能达到14％～18％的功效数值。
研究人员表示，这种塑料太阳能电池进入消费者的日常生活还需要几年时间，但该研究小组正在加紧工作，使它能够早日进入市场。
杨阳说：“我们希望最终太阳能进入商业领域，也进入私人家庭。设想一下，装有太阳能电池汽车替代了传统的燃油汽车。人们会竞相把汽车停在停车场的顶层以储存能量。同样原理，手机也能用太阳能充电。类似的应用还会有很多。
⑶研制转化效率创纪录的塑料太阳能电池。2012年2月22日，美国麻省理工学院《技术评论》杂志报道，美国加州大学洛杉矶分校的材料学教授杨阳领导的研究小组，研制出廉价的、光电转化效率为10.6%的塑料太阳能电池，打破了该研究小组2011年7月份创造的8.6%光电转化效率记录。
塑料太阳能电池具有很多优点：柔软、轻量且价格便宜，但其性能还无法与传统的由硅等无机材料制造的太阳能电池相匹敌。现在，该研究小组希望制造出一种能同薄膜太阳能电池相媲美的塑料太阳能电池。最终，他们使用日本住友化学工业公司研发的一种新的光伏塑料，制造出了转化效率为10.6%的塑料太阳能电池。最新研究表明，以后研究人员可以用这些“挑剔”的聚合物材料制造出更高效的电池。
新的塑料太阳能电池包含两层，它能分别处理不同波段的光：一层塑料能处理可见光；一层塑料处理红外线。杨阳说：“太阳能的光谱非常宽，从近红外线到远红外线再到紫外线，单个太阳能电池组件根本应付不了。”
目前，性能最好的无机太阳能电池也是多层设备，但要想制造出多层有机太阳能电池，一直面临着很多挑战。因共同发现了导电的聚合物而摘得2000年诺贝尔奖桂冠的艾伦·杰伊·黑格表示，聚合物可由溶液印刷而来，就像墨水在纸上留下印记一样，这既是该技术一个主要的优势，也是一个缺陷。他说：“制造多层有机太阳能电池不需要高温，制造过程很简单，但找到合适的溶剂印刷在电池的每一层上而不会渗入下面一层中则需要技巧。层越多，问题就变得越复杂。另外，让每层的电性相互匹配也是一个挑战。”
杨阳希望，制造出一个光电转化效率为15%的塑料太阳能电池。他表示，当太阳能电池走出实验室进行商业化生产时，其效率会降低大约三分之一，因此，实验室测试中转化效率为15%的聚合物太阳能电池，在实际应用中的转化效率可能仅为10%。杨阳相信，光电转化效率为10%的塑料太阳能电池，应该可以与薄膜太阳能电池决一雌雄。
2．研制透明塑料太阳能电池的新成果。
用塑料类材料制成高透明的太阳能电池。2012年7月，美国加州大学洛杉矶分校的材料学教授杨阳领导的研究小组，在美国化学学会《纳米》杂志上发表研究成果称，他们已开发出一种新型透明太阳能电池，既可给家庭及其他建筑的窗户提供发电能力，又不影响人们透过窗户欣赏外面的风景。
这种新型聚合物太阳能电池，对人眼来说具有近70%的透明度。利用光敏塑料制成的电池主要通过吸收红外光、非可见光来产生电力。杨阳表示，该高透明聚合物太阳能电池，可用作便携电子设备、智能窗、建筑一体化光伏发电设备等的附加组件。
此前，研究人员已在透明或半透明聚合物太阳能电池方面做过很多尝试，但都止步于低透光性或低效能。此次，该研究小组纳入了近红外光敏感聚合物，并使用银纳米线复合薄膜作为顶端透明电极。近红外光敏聚合物，可吸收更多的近红外光，但对可见光不太敏感，从而兼顾了太阳能电池在可见光波长区域的性能和透明度。另一大突破是，透明导体由银纳米线和二氧化钛纳米粒子的混合物制成，取代了此前使用的不透明金属电极。这种复合电极，使太阳能电池在溶液处理工艺中的装配更为经济。
研究人员表示，目前，聚合物太阳能电池的研究，已引起全球范围的高度关注。该新产品由塑料类材料制成，轻巧灵活且可大批量、低成本生产。
（三）染料敏化太阳能电池研制的新进展
1．研制常规染料敏化太阳能电池的新成果。
⑴研制将用于无人机的染料敏化太阳能电池。2009年7月27日，美国每日科学网报道称，华盛顿大学斯塔亚博士领导的多学科联合攻关小组，正在进行一项透明柔性的染料敏化太阳能电池，及其应用于航空器的研究。据介绍，染料敏化太阳能电池与传统硅系太阳能电池的结构不同，其纳米半导体表面的染料能捕获光子并将其转化为电子。这种太阳能电池具有较佳的光电转换效率和良好的扩展性能，在价格上也更易进行推广。
研究人员表示，由于染料敏化太阳能电池，具备较佳的光电转换效率和良好的扩展性，它极有可能在近年内被用于无人机上，以使其在不加油的情况下，拥有更长的飞行距离。
几年前，该小组就曾在一架玩具飞机的机翼上使用了这种技术。太阳能电池成功驱动了玩具飞机的螺旋桨，但因玻璃基过重而未能完成起飞。经过多次试验，研究人员最终采用了薄膜电池技术，使用轻型薄膜太阳能电池的试验飞机，终于试飞成功。
目前，该小组正致力于研制出面积更大、光电转换效率更高、更柔韧的染料敏化涂料，以便将其应用到美国空军的无人飞机上。但一般来说，随着面积的增大，太阳能电池的转换效率会逐渐衰减。为解决这一问题，该小组使用了一种金属网格技术，可改变太阳能电池薄膜表面的电阻，加速电流传输，从而保证在面积增大的同时，转换效率不受影响。但斯塔亚说，无人机对于电池的耐久性和重量都有十分严格的要求，这项技术要走向成熟还将面临不少的问题。
⑵研究开发低成本染料敏化太阳能电池。2012年11月，瑞士洛桑理工大学科学家凯文·西沃拉领导的研究小组，在《自然·光学》上发表了他们研究的阶段性成果。它表明，研究小组正致力于利用丰富而廉价的氧化铁（铁锈）和水，研发一种新型染料敏化太阳能电池，以利用太阳能制备氢气。
染料敏化太阳能电池，是一种模仿光合作用原理的太阳能电池，主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂和导电基底等几部分组成。它因原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在规模化工业生产中具有较大优势，对保护人类环境具有重要意义。
1991年，瑞士洛桑理工大学教授格兰泽尔，在染料敏化太阳能电池领域取得重大突破，成功研制出可利用水直接生产氢气的太阳能电池。此后科学家们一直致力于研究低成本、高转换率且能规模化生产的染料敏化太阳能电池。
在通常情况下，研究人员大多采用氧化钛、氧化锡和氧化锌等金属氧化物，作为纳米多孔半导体薄膜。西沃拉研究小组所遵循的基本原理，与格兰泽尔相同，但采用氧化铁作为半导体材料。其研制的设备，是一种完全自备式控制，设备所产生的电子用于分解水分子，并将其重新组成为氧气和氢气。该研究小组人员，利用光电化学技术，致力于解决困扰氢气制备的最关键问题——成本。
西沃拉说：“美国的一个研究小组，已把染料敏化太阳能电池的转换效率提高到12.4%。尽管它在理论上前景很诱人，但该方法生产电池的成本太高，生产面积仅为10平方厘米的电池，其成本就高达1万美元。”因此，西沃拉研究小组一开始就给自己设定了一个目标，即仅采用价格低廉的材料和技术。
西沃拉指出，他们研制的设备中，最昂贵的部分是玻璃面板。目前新设备的转换效率依然较低，仅为1.4%至3.6%，但该技术潜力很大。研究小组还致力于，研制一种简易便捷的制作工艺，比如利用浸泡或擦涂的方式制作半导体薄膜。西沃拉说：“我们希望，未来几年内，把转化效率提高到10%左右，生产成本降为每平方米80美元以下。如果能实现此目标，就能较传统的制氢方法更具竞争力。”
西沃拉预计，采用氧化铁作为半导体材料的串联电池技术，其转换效率最终将能够达到16%，同时成本也将会很低廉，这是该技术的最大优势。如果能够以廉价的方式，成功储存太阳能，这项发明将能够大幅度增加人类利用太阳能的力度，可成为利用可再生能源的一种可靠方式。
2．研制具有自我修复功能的染料敏化太阳能电池新成果。
正在研制能自我完成染料更新的太阳能电池。2011年1月5日，物理学家组织网报道，美国一个开发太阳能的研究小组，正在研制一种新式太阳能电池，通过使用碳纳米管和DNA等材料，该电池能像植物体内天然的光合作用系统一样进行自我修复，从而延长电池寿命并减少制造成本。
新设计利用了单壁碳纳米管非同寻常的电学特性。碳纳米管可包含一层到上百层石墨片，只有一层石墨片的称为单壁碳纳米管，其管径约1.5纳米左右，是一种非常理想的纳米通道，一根开口的单壁碳纳米管可以被用作“电动马达”和“发电机”。
科学家在实验中将单壁碳纳米管用作“捕光电池中的分子电线”。研究人员解释说，在新电池中，碳纳米管的主要功能是固定DNA片段。科学家也对DNA进行编程，让其具有核苷酸所拥有的特定序列，使其能识别并且依附染料。一旦DNA识别出染料分子，系统就开始自我组装，完成染料更新，就像植物体内时时刻刻都在进行的自我再生。
基于这种想法研制的革新性光电化学电池，只要不断向其中添加新染料，就能开足马力继续工作。而通过化学过程或通过增加具有不同核苷酸序列的新DNA片段，击落旧染料分子，接着朝其中添加新染料分子，就可实现染料的新旧更替。
（四）聚合物和共聚物太阳能电池研制的新进展
1．研制聚合物太阳能电池的新成果。
⑴制成微型聚合物太阳能电池。2008年11月，美国南佛罗里达大学电化学专家江晓梅领导，她的同事参与的一个研究小组，在美国物理联合会出版的《可再生与可持续能源杂志》创刊号上发表研究成果称，他们用一种有机聚合物，制成微型太阳能新电池。这些迄今最小的太阳能电池，作为小型微型机器的电源或稳压器已经成功地通过了测试。
传统的太阳能电池，例如安装在屋顶的商品化太阳能电池，使用一种脆弱的硅层。计算机芯片，也使用这种物质制成。相比之下，有机太阳能电池，依靠的是一种聚合物，它具有和硅片一样的电性能，但是可以溶解并印刷在柔性材料上。
江晓梅说：“我认为，这些材料比传统的硅材料拥有更多的潜力，它们可以喷涂在暴露于阳光下的任何表面，如一件制服、一辆汽车或一幢房屋。”
该研究小组制造出了20个微型太阳能电池组成的阵列，为一个用于探测危险化学物质和毒物的微型传感器供电。
这个探测器被称为微机电系统设备，它是用碳纳米管制成的，而且已经用普通的电池供电的直流电源进行了测试。为它提供足够的能量并接入一个电路，通过测量化学物质进入碳纳米管的时候出现的电信号变化，这些碳纳米管可以灵敏地探测到特定的化学物质。化学物质的类型，可以通过电信号的精密变化区别开。
该设备需要一个15伏的电源才能工作，而江晓梅研究小组的太阳能电池阵列，目前在其实验室测试中可以提供大约一半电压，也就是最多7.8伏。她说，下一步就是对这种设备进行优化，从而增加电压，然后把这种缩微太阳能电池阵列与碳纳米管化学物质传感器结合在一起。她估计到2008年年底，他们将有能力让其下一代太阳能电池阵列，达到这种的供电水平。
⑵开发出超薄型的聚合物太阳能电池。2012年5月，日本东京大学染谷隆夫教授领导的研究小组，与奥地利开普勒大学合作，在《自然·通讯》上发表研究成果称，他们利用涂布工艺，开发出只有普通食品保鲜膜1/5厚度的太阳能电池。
研究人员在长宽皆为5厘米的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜表面，首先涂上一层导电性高分子材料，作为透明电极层；随后涂上一层电子和空穴混合流动的液态高分子材料，作为发电层；最后用钾和银做成金属电极层。
聚酯膜和涂层的厚度分别约为1.4微米和0.5微米，加起来还不及普通食品保鲜膜10微米厚度的1/5。经测算，这种太阳能电池的光电转换率约为4.2%，每平米的发电功率为40瓦，重量仅为4克左右。
今后，研究人员还将改善发电层材料，使电池的光电转换率达到10%，并通过在太阳能电池的下方粘贴超薄形锂电池，使其兼具发电和蓄电的功能。
⑶用聚合物制成迄今最轻薄的太阳能电池。2016年2月，有关媒体报道，美国麻省理工学院电气工程学教授弗拉基米尔·比拉维克领导的一个研究小组，开发出一种超轻、超薄的柔性太阳能电池，能附着在许多物体之上。即便是“躺”在一个肥皂泡上也不会让泡泡变形。该材料潜力巨大，对重量较为敏感的应用，如航天器或高空探测气球等有重要价值，有望为太阳能电池应用开创出许多全新领域。
研究人员说，这种太阳能电池主要由基底和涂层两部分组成，厚度仅为2微米，相当于人类头发直径的五十分之一，只有传统太阳能电池的千分之一，极有可能是迄今为止最轻最薄的太阳能电池。负责此项研究的麻省理工学院电气工程学教授弗拉基米尔·比拉维克说：“这种电池很轻，如将其集成到你的衬衫或者笔记本电脑上，你甚至感觉不出它们的存在。”
比拉维克称，这项技术的领先之处，在于用一个步骤完成所有部件的制造。由于不需要其他工序，就减少了电子元件暴露在灰尘和其他污染物中的概率，保证了产品的质量和性能。与此同时，生产环节的简化也为大规模生产提供了可能。
该研究小组已对这个设想进行了验证，并在实验室中制造出原型。他们用聚对二甲苯，一种常见的柔性聚合物做太阳能电池的基底和涂层，用另一种名为邻苯二甲酸二丁酯的材料制造吸光层。整个制造过程在室温下的真空室中进行，不用任何溶剂。与传统太阳能电池相比，无需高温和有毒化学品。在真空室中，基底和太阳能电池单元通过气相沉积技术就能“生长”出来。
这种太阳能电池既可用传统的玻璃做载体，也可以用织物、纸张、塑料等材料。虽然目前新装置转化效率还不是很高，但因为重量轻，功率重量比足以称雄天下。一个典型的硅基太阳能电池模块，玻璃在总重中占了很大部分，每公斤能生产15瓦的电力，而新的薄膜太阳能电池每克能产生6瓦的电力，比前者高出600倍。
2．研制共聚物太阳能电池的新成果。
以聚合物为基础研制出新式大块共聚物太阳能电池。2013年5月，美国莱斯大学化学工程师拉斐尔·维尔杜兹寇，与宾夕法尼亚州立大学化学工程师安立奎·戈麦斯共同领导的一个研究小组，在《纳米快报》杂志上发表论文称，他们研制出一款基于大块共聚物的太阳能电池，这种共聚物是能自我组装的有机材料，可以自主形成不同的层面。尽管新电池的光电转化效率仅为3%，但仍然高于其他用聚合物作为活性材料的电池。研究人员表示，这种新形式的电池，有望开启太阳能设备研究的新领域。
维尔杜兹寇表示，尽管目前商用的硅基太阳能电池的光电转化效率达到了20%。目前实验室得到的最高转化率为25%，但自20世纪80年代中期开始，就有科学家一直在潜心开发以聚合物为基础的太阳能电池，这种电池有望大幅降低太阳能的利用成本，不过，研究的成效甚微。后来，聚合物/聚富勒烯混合制成的太阳能电池的光电转化效率达到了10%，但聚富勒烯这种材料本身很难对付。
维尔杜兹寇解释道：“理论上，大块共聚物在有机太阳能电池领域极富应用潜力，但目前很少有人用大块共聚物制造出高性能的光伏设备。我们相信，一旦我们制造出正确的物质并在合适的条件下将其组装，就可以获得性能极高的太阳能电池。”
研究人员发现，一种大块共聚物，可以分成16纳米宽的带。更让研究人员感兴趣的是，这种聚合物天生容易形成垂直于玻璃的带。科学家们在165℃下，在一个玻璃/铟锡氧化物（ITO）表面制造出了这种共聚物。他们把这种共聚物，放在宾夕法尼亚州立大学的研究人员制造的设备的一端，再将一层铝放在设备的另一端，这样，共聚物带就从顶部延伸到底部电极，并为电子提供了一条明晰的流动路径。
接下来，研究人员打算用其他大块共聚物进行实验，并了解如何控制其结构，以增加太阳能捕获光子，并将其变成电力的能力。但目前，他们会专注于提高新式太阳能电池的性能，因为只有这样，他们才能解决包括稳定性在内的其他挑战。
维尔杜兹寇指出：“对一块太阳能电池进行封装，以保护它不受空气和水的侵袭很容易，但要保护它免受紫外线的伤害很难，因为你必须将其暴露在太阳光下，这一点无法避免。”
研究人员表示，一旦提高这种共聚物太阳能电池的性能，他们就会为其寻找长期的用武之地。
二、开发有机太阳能电池的其他新成果
（一）提高有机太阳能电池效率探索的新进展
1．提高有机太阳能电池效率研究的新发现。
⑴发现金纳米层可改善有机太阳能电池转换效率。2011年8月，美国加州大学洛杉矶分校教授杨阳领导，中国和日本同行参与的一个研究小组，在美国化学学会《纳米》杂志上发表论文称，他们把金纳米粒子层，植入一个串联的高分子太阳能电池的两个光吸收区中，形成了特殊三明治结构的电池，从而收获到更宽太阳光谱的光能。
在太阳能世界，有机光电太阳能电池具有广泛的潜在应用，不过它们至今仍被认为是处于起步阶段。这些用有机高分子或小分子作为半导体的碳基电池，虽然比利用无机硅片制作的常规太阳能电池更薄且生产成本更低，但是它们把光能转换成电能的效率却并不理想。
然而，杨阳研究小组通过把金纳米粒子，用于有机光电太阳能电池，助其增强了光吸收的能力，极大地提高了电池的光电转化率。
研究人员发现，通过金纳米粒子层的相互连接，他们大幅度地提高了光电太阳能电池的光电转化率。金纳米粒子通过等离子效应，可在薄薄的有机光电层中产生强电磁场，其结果是将光能聚集，使其更多地被电池中的光吸收区捕获。
尽管把金属纳米结构融入光电太阳能电池结构中存在着不少困难，但研究小组化解了这些难题，并首次宣布成功地研制出等离子增强高分子串联太阳能电池。杨阳表示，通过简单地将金纳米粒子层植入电池两个光吸收区中，他们便获得了高效等离子高分子串联太阳能电池。出现在连接层中间的等离子效应能够同时改善上、下两层光吸收区的工作状态，将串联太阳能电池的转化率从以前的5.22%提高到6.24%，增比达20%。
实验和理论结果都显示，太阳能光电电池效率的提高，得益于金纳米粒子近区的增强，也表明等离子效应对未来高分子太阳能电池的开发具有极大的潜力。研究小组认为，夹层结构作为开放平台能够应用于多种高分子材料，为获得高效多层串联太阳能电池创造了机会。
领导该项研究的杨阳，同时还是加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所纳米可再生能源中心主任。参与该项目的研究人员还包括来自中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室的张兴旺和日本山形大学科学和工程研究生院的洪子若。
⑵发现控制电子自旋可提高有机太阳能电池的效率。2013年8月，英国剑桥大学物理系卡文迪什实验室，研究员阿克沙伊·拉奥领导，他的同事，以及美国华盛顿大学研究人员参加的一个研究小组，在《自然》杂志上发表研究论文称，他们的研究发现，让有机太阳能电池内的电子，采用特定的方式“自旋”，有望大幅提高有机太阳能电池的光电转化效率。
有机太阳能电池模拟植物的光合作用进行工作，其纤薄、轻便而且柔韧，也可以像报纸一样打印出来，与目前广泛使用的硅基太阳能电池相比，制造过程更迅捷，成本也更低。但其最高光电转化率只有12%，还无法与硅基太阳能电池相媲美。因为硅基太阳能电池转化效率高达20%至25%，所以更具有商业优势。
现在，该研究小组携手进行的研究发现，对有机太阳能电池内电子的自旋方式进行操控，能显著提高其性能，有助于研究人员研制出廉价且高性能的有机太阳能电池。
此前，科学家们对有机太阳能电池内电子的不同表现困惑不已，希望厘清为什么有些电子的表现会出乎意料地好，而另外一些电子的表现则差强人意。为此，该研究小组研发出一种敏感的激光技术，来追踪有机太阳能电池内电子的行为和相互作用。他们惊奇地发现，“罪魁祸首”是电子拥有的自旋这种量子属性。
自旋是粒子拥有的一个与其角动量有关的属性。电子拥有两种自旋方式：朝上或朝下。通过一个名为“再结合”的过程，太阳能电池中的电子会失去其拥有的能量，进入一个完全空的名为“洞”的状态。研究人员发现，让电子采用特定的方式“自旋”，能够阻止能量损失，并增加太阳能电池的电流。
拉奥表示：“借用这一令人兴奋的研究发现，我们能利用自旋物理学，提高太阳能电池的性能，以前，我们认为这不可能发生。使用这种方式研制的新材料和太阳能电池，或许很快会面世。”
有关专家认为，这一设计概念，有助于研究人员缩小有机太阳能电池，与硅基太阳能电池，在转化效率方面的差异。
2．应用新原理开发效率更高的有机太阳能电池。
⑴利用天线蛋白发生量子叠加原理改进现有太阳能电池设计。2011年8月，美国加州大学伯克利分校格雷厄姆·弗莱明主持，他的同事参与的研究小组，在美国物理学学会期刊《化学物理学》上发表论文称，他们近日开发出一种探测植物光合作用过程的新方法。该技术，有助于加深人们对光合作用这一利用太阳能最有效的方式的理解，改进现有太阳能电池的设计，提高其转换效率。
植物和其他光合生物，之所以能够吸收太阳能并将其转化为能量，都是由于它们拥有的一种独特的天线蛋白。这种蛋白由多种吸光色素组成，能够捕获太阳能，并通过一系列的化学反应将其储存起来。由于反应发生在一个极小的尺度上，天线蛋白之间会出现量子现象。当色素分子吸收光线时就会被激活成高能态，如果一个蛋白上的多种色素分子同时被激发就会出现量子叠加状态，这种量子效应会使光合作用中产生的能量找到“最优路径”，以近乎无损的方式进行传递，这也是光合作用在转换效率上如此高效的“秘密”所在。
该研究小组选用了一种天线蛋白作为研究对象。通过分析透过蛋白质的激光的变化，就能判断出其中是否出现了量子叠加状态。
研究人员首先用两种不同频率的激光对其进行激活，而后再用第三种激光脉冲照射蛋白质，使其释放能量。结果发现他们所接收到的激光的频率与起初发射出的并不相同，这意味着在蛋白质中成功实现了量子相干。
弗莱明说，以激光促使天线蛋白发生量子叠加的方法，虽然此前也有科学家提出，但新方法不需要精确的时控脉冲，只需改变激光的频率即可，相对而言更为简单有效。
美国加州大学欧文分校的化学家沙乌尔·莫肯姆说，这一实验很有趣，开创了一种激活天线蛋白的全新方式。对光合作用中能级和色素耦合的深入理解，将有助于构建出拥有类似功能的系统。
美国罗格斯大学化学家、《化学物理学》编辑埃德·卡斯纳说：“粗略计算表明，太阳一小时内照射到地球表面的能量，就能满足人类一年的能源需求。解决目前人类所面临的能源、可持续发展等问题，离不开对光合作用机制的深入理解。该研究有助于科学家们设计出更高效的太阳能电池，或许有一天我们就能通过光合作用的方式，来轻松获取能源。”
⑵运用蓝光光盘原理开发效率更高的有机太阳能电池。2014年11月25日，美国西北大学材料与工程学副教授黄嘉兴领导的一个研究小组，在《自然·通信》杂志上发表论文称，他们受蓝光电影压缩和刻录技术的启发，开发出一种吸光性能更好的太阳能电池。
黄嘉兴说：“此前我们就有一种预感，蓝光光盘对提高太阳能电池的效率或许有所帮助。令人欣喜的是，之后的实验真的证实了这一点。”
在太阳能电池领域，已知的是：如果在太阳能电池表面，增加一些独特的纹理或图案，就能将光线有效地分散开来，从而提高吸光效率。为此，研究人员长期以来都在成本与效能之间寻求平衡，希望找到一种最易实现、效果好的纹理。而西北大学的新发现，正是通过这一渠道来实现的。
无论CD、DVD还是蓝光光盘，都是一种数据的压缩和存储技术，不同的是蓝光光盘的数据密度更高，存储的数据更多。蓝光光盘以波长为405纳米的蓝色激光光束来进行读写操作，DVD和CD采用的则是波长为650纳米和780纳米的红色激光。激光将这些由0和1组成的二进制编码，刻录在塑料碟片上，形成一个个的突起或凹陷。这些凸起和凹陷正形成了该研究小组所需要的“图案”。而最终选择蓝光的原因在于，经过对各种算法的分析，研究人员发现，更高的压缩比算法和准随机数据存储模式，让刻下的图案更符合太阳能电池对吸光的需求。蓝色激光在波长为150纳米到525纳米范围内，产生了更多的凹凸，事实证明在所有光谱范围内，这种图案对光线的捕获能力都十分理想。
报道称，在实验中，研究人员把蓝光版《超级警察》作为蚀刻对象，将整部光盘上的图案复制到了一块聚合物太阳能电池上。结果发现，在吸光吸能上，采用随机图案的太阳能电池，优于没有图案的普通太阳能电池，而“《超级警察》版太阳能电池”又比随机图案的要好。经测定，采用蓝光电影版太阳能电池，对光线的多频吸收能力达到了21.8%。
此外，研究人员还对包括动作电影、电视剧、纪录片、动画片以及黑白影像在内多种内容的蓝光光盘，进行了测试，结果发现内容并不重要。所有成品蓝光光盘，都能同样出色地增强太阳能电池对光线的吸收。
黄嘉兴说：“除了改善聚合物太阳能电池的性能外，新技术同样适用于其他各种太阳能电池。这让人相当意外，但最让人激动的是：这项研究，让我们感受到了纳米光子学与材料科学这个交叉学科的巨大魅力。”
（二）研究有机太阳能电池所需材料的新进展
开发兼具发电与储能功用的有机太阳能电池材料体系。
2015年7月，有关媒体报道，美国加州大学洛杉矶分校莎拉·托尔伯特教授领导的一个研究小组，设计出一种新材料体系，可利用太阳光发电并存储能量长达数周。
研究人员从植物光合作用的过程中受到启发，研发出一种新型水系胶束，由作为电荷施主的共轭电解质多聚物，与作为电荷受主的纳米级富勒烯组成，且在尺寸更小的界面把两者结合起来。其中，多聚物施主能吸收太阳光并将电子传输至富勒烯受主，因此产生电能。
研究人员还发现通过合理设计聚合物—富勒烯组装形式，该体系可以将材料中的电荷分离开并保持该状态，其中光诱导生成的极化子（稳定的分离电荷对）可具有长达数天或数周的寿命，从而大大地提高了能量保持率。
现今，太阳能电池板材料，仅能将由太阳光转化的能量存储几微秒，而该技术可将能量存储数周，从而可改变今后太阳能电池的设计方式。此种有机合成光伏材料，也可应用于人工光合作用。并且材料合成于水中，而不是有毒性的有机溶液中，将更加环保。
（三）研究有机太阳能电池设计和制造技术的新进展
1．有机太阳能电池设计技术探索的新成果。
受树叶启发产生有机太阳能电池设计新技术。2010年9月5日，美国麻省理工学院化学工程师迈克尔·斯特拉诺领导，伊利诺伊州立大学斯里格尔、怀特等人参与的研究小组，在《自然·化学》杂志发表研究成果称，树叶经过数千万年进化而获得的防止阳光灼伤的自我修复功能，或许能帮助他们设计出具有可再生功能的有机太阳能电池，让电池的使用寿命无止境地延续下去。
大自然总会带给人类无限的启示。许多造福人类的发明也是从自然中得到的灵感，如世界上第一批防毒面具诞生的灵感来源于野猪的鼻子；火箭升空利用的是水母、墨鱼反冲原理；变色龙帮助我们研制出了不少军事伪装装备；毒蛇的“热眼”功能研究，开发出了微型热传感器等等。这样例子数不胜数。
有关专家称，这项研究为生产廉价、具备自我修复功能、使用期限可以无限延长的太阳能电池打下了基础。此后的几天时间里，包括英国广播公司、美国《发现》杂志网站、美国《大众科学》网站、美国《技术评论》杂志网站等主流媒体都对这一研究进行了报道，预示着这项技术或将带来太阳能电池领域的大变革。
众所周知，阳光是地球上生命的源泉，但它的破坏性却不能被忽略。人类为何会变老？放在太阳下的纸片、塑料等为何会轻易报废？斯特拉诺解释道，这一切都是因为阳光中的紫外线在与氧气混合后，会有很大的破坏力。经过长时间的照射，再坚固的物体都会慢慢瓦解。他说：“即使是专门吸收阳光的植物叶片在阳光下曝晒过久后，也会渐渐失去功效，更何况太阳能电池等其他的物体。”因此即使对于吸收阳光的树叶来说，阳光也是残忍的。当植物全力地进行光合作用时，如果不采取防护措施，树叶也会被氧气、紫外线等破坏性分子毁坏。
美国《大众科学》网站介绍，树上的树叶与太阳能板上的光伏电池一样，看上去都是在静止不动的情况下吸收阳光。然而，树叶其实有一个非常精彩的“内心世界”。由于阳光直射的破坏力实在太大，叶片内部的蛋白质每隔大约45分钟就必须循环一次，形成新的光合反应中心，替代已被日光烘烤近1小时的老光合反应中心，避免阳光带来的伤害。这是经过千万年的进化后大自然赋予树叶的生存技能。这种快速的自我修复程序，也让植物可以在充分享受阳光的同时，不至于“飞蛾扑火”。
树叶的这种自我修复功能，激发了研究人员的灵感，想到模拟树叶的这一技能，可以让一直被阳光烘烤的太阳能电池自行修复。目前人们对太阳能电池的研究大都局限在如何提高转化效率、如何延长使用寿命上，但却很少有人想到开发电池的再生功能，让其无止境地工作下去。这项研究的独特性，引起了其他业界同行的巨大兴趣。美国德克萨斯农工大学纳米复合材料教授格伦兰，把这项技术称为“人造的翻版自然技能”，同时认为它是“开拓性的、对以后发展有巨大影响的研究”，因为“以前还从未有过类似的研究”。英国布里斯托大学的生物化学家约翰认为，这项研究“虽然非常简单，但却十分实用。”
在了解到树叶内光合作用中心的循环特点后，该研究小组就决定，与其制造使用寿命超长的太阳能电池，还不如向自然学习，走太阳能电池自我修复之路。试验开始阶段，研究人员使用的是一种紫细菌中采集阳光的光合反应中心。随后，他们将反应中心里加入了一些感光蛋白质、脂类，用于形成系统结构；以及碳纳米管，用做导线传导产生的电力。这些工作完成后，所有零部件都将放入一个装满水（水中含有胆酸钠，一种让所有部件凝聚的表面活性剂）的透析袋中。透析袋里的隔膜只允许小分子通过。
随后的发现，让研究人员很惊喜，因为在将表面活性剂过滤之后，所有的零部件会自动组装成一个整体，捕捉光线的同时能产生电流。工作人员解释，这一自然组装之所以能够实现，是由这些部件的化学性质决定的，因为组装完成后，他们彼此之间恰巧都处于相对适合的位置。用于支撑结构的蛋白质包围脂类，形成一个小圆盘，而光合反应中心则在圆盘之上。小圆盘会顺着有小气孔的碳纳米管排列，小气孔的作用是让光合反应中心产生的电子顺利通过。如果将胆酸钠重新加入这一装置，装置就会自动分解；过滤胆酸钠后又有新的装置形成，如此循环。
斯特拉诺说：“这个过程的美妙之处在于，它是可逆的。也就是说分开的零部件可以自行组装，而组装以后的装置也可以拆分成单个零部件。就像是在玩智力拼图游戏时，所有的小部分自动拼成一幅完整的图片一样。”当一套装置失去活力后，只需加入表面活性剂将其拆分，再重新组装，就会重新恢复活力。在试验中，研究小组成功地让一套装置，持续工作了1个多星期。
当然，目前看来，该装置还不能与太阳能硅电池竞争。但约翰表示，硅电池也是在经过几十年的研发后，才有了今天的转换效率。如果在该装置上投入相同的资金、经历同样的时间，一定也能研制出同样高效率，并且还能自我修复、可在弱光环境下工作的太阳能电池。
2．有机太阳能电池制造技术探索的新成果。
⑴发明把有机太阳能电池印在普通纸上的新技术。2011年1月4日，物理学家组织网报道，美国麻省理工一个研究小组，展示了一种新型印刷技术。它能将有机太阳能电池印制到薄薄的、柔软的材料如普通卫生纸上。尽管用卫生纸做基底不像实际的太阳能设备那么高效，但它是低成本印制技术，广泛用于各种材料的多元化体现。
这项新技术，称为氧化化学气相淀积，将原料单体和氧化剂气化后喷在基底材料上，单体和氧化剂相遇后，聚合形成聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)薄膜。该薄膜能导电，通过控制基底温度，形成很小的纳米微孔，能紧密固定导电性更高的银粒子，可将该薄膜的导电性能增强1000倍。
⑵开发有机太阳能电池的3D打印技术。2015年8月，有关媒体报道，一个来自澳大利亚的太阳能电池研究小组，致力于研发一种薄如纸片的有机可打印太阳能板，它甚至能为一整栋摩天大楼提供能源。研究人员希望能够在不远的将来，逐步实现这种新型发电装置的商业化制造。
研究人员说，这项技术可有效减少发达国家对传统能源的依赖，同时，也能为发展中国家提供一种经济、可实行的电力来源。
与传统太阳能电池板不同的是，这些太阳能电池纸，可以在包括玻璃和屋顶等实际的房屋位置上，被直接打印出来。而且，这些电池单元甚至将可设计用在iPad表面、笔记本电脑背包和手机外壳上，这意味着，它不仅是特殊的覆盖“壳”，还能酷炫地“发电”，为可移动设备提供电能。
目前的进展是，该研究小组已经借助改进型的太阳能墨水3D打印机，成功将每个有机太阳能电池的单元，减小到只有硬币大小的体积，这种太阳能电池纸非常廉价，样子和工作方式与传统的硅基太阳能电池板，都有所不同。
