堪薩斯大學(xué)物理學(xué)與天文學(xué)教授Wai-Lun Chan和Hui Zhao領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)，有機(jī)半導(dǎo)體與二維半導(dǎo)體二硫化鉬單原子層結(jié)合時(shí)可以有效產(chǎn)生自由電子，這將進(jìn)一步推動太陽能電池塗料更高效、穩(wěn)定、規(guī)?；陌l(fā)展。
太陽能電池是對光有響應(yīng)並能將光能轉(zhuǎn)換成電力的光電半導(dǎo)體薄片，太陽能板是多個(gè)太陽能電池片的組裝件，是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，但其製造過程較為繁雜，需經(jīng)過熔爐拉棒、晶片切片、酸性溶液、高溫等一系列工藝來實(shí)現(xiàn)。隨著人們對太陽能電池的不斷研究探討，太陽能價(jià)格在過去40年降幅高達(dá)99%，但科學(xué)家們並不止步於此，美國堪薩斯大學(xué)物理學(xué)與天文學(xué)副教授Wai-Lun Chan表示，若太陽能塗料研發(fā)成功，就不需要用昂貴的設(shè)備製造太陽能電池，進(jìn)一步降低太陽能技術(shù)成本。
過去20年中，已經(jīng)開發(fā)出一種由分子或聚合物支撐的有機(jī)半導(dǎo)體材料，但由於空穴（電洞）且不能自由移動，而造成性能缺陷，限制其廣泛使用。2017年澳洲墨爾本皇家理工大學(xué)稱太陽能塗料是5年內(nèi)不可能上市的產(chǎn)品。
一般晶體矽太陽能是種多層結(jié)構(gòu)，由上下電極與P型、N型半導(dǎo)體等構(gòu)成，當(dāng)半導(dǎo)體吸收陽光時(shí)，PN結(jié)會產(chǎn)生電子電洞對，帶正電的電洞與帶負(fù)電的電子會分別向P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體移動，進(jìn)而產(chǎn)生電流與電壓。
而在有機(jī)太陽能設(shè)計(jì)中，主動層是把電子施體與電子受體兩種有機(jī)材料均勻混合而成，電極與半導(dǎo)體也都會溶解成液體狀態(tài)，需要先進(jìn)行分層才能接線發(fā)電，除此之外，有機(jī)材料內(nèi)部的電子也不會移動，因此許多電子缺少配對物“電洞”。
堪薩斯大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，二維半導(dǎo)體二硫化鉬的原子層可產(chǎn)生多個(gè)自由電子，這些電子不會受缺少電洞影響，能在外電場的作用下發(fā)生定向運(yùn)動，進(jìn)而產(chǎn)生電流。根據(jù)團(tuán)隊(duì)發(fā)佈在《美國化學(xué)學(xué)會雜誌》上的研究，目前已經(jīng)研發(fā)出能用印刷製造、甚至變成特殊塗料的太陽能電池，除此之外，材料不僅便宜，還容易製造。Chan指出，未來科學(xué)家或許能用這概念，製造出能用來畫畫的太陽能技術(shù)。
不過現(xiàn)在有機(jī)太陽能塗料還有許多進(jìn)步空間，目前團(tuán)隊(duì)尚未公佈轉(zhuǎn)換效率或是相關(guān)原型，其他實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率也僅15%，更存在著耐用性、穩(wěn)定性等問題，但若太陽能染料研發(fā)有成，原先就具有輕薄、低成本、易回收的有機(jī)太陽能，將再添新戰(zhàn)力。
