有機太陽能電池通常由兩種材料制成：供體和受體，這有助于有效的電荷分離。對于受體，最常用的分子是藍(lán)色吸附性富勒烯中的一個。這使得供體材料的吸收光譜可以覆蓋盡可能多的太陽光光譜。但大多數(shù)有機半導(dǎo)體只有一個小的光學(xué)帶寬。因此，基于這種材料的太陽能電池只捕捉到太陽光譜的一小部分。

這個問題可以通過設(shè)計一個適當(dāng)?shù)亩询B或串聯(lián)組態(tài)來克服，調(diào)整一些有機材料，使得各自吸收光譜的單獨一部分，從而增加了整個裝置的效率。使用高頻帶間隙的半導(dǎo)體材料吸收短波輻射，波長較長的部分傳送到后續(xù)的半導(dǎo)體。

在這種背景下，研究人員對多結(jié)太陽能電池的發(fā)展寄予厚望，希望能大幅度超越單結(jié)有機光伏電池的性能。

從理論上講，隨著結(jié)的數(shù)目無限增加，太陽能電池可以得到的最大功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）為高度集中陽光的近87%。我們面臨的挑戰(zhàn)是開發(fā)可以實現(xiàn)大范圍帶隙和以高結(jié)晶質(zhì)量增長的半導(dǎo)體材料系統(tǒng)。

新研究出自加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）的YangYang實驗室，有機串聯(lián)太陽能電池研究的領(lǐng)先實驗室之一。該實驗室提出了一種高效的設(shè)計即三結(jié)有機串聯(lián)太陽能電池具有一個配置帶隙能量設(shè)計以最大化串聯(lián)輸出光電流。

在2014年7月14日先進(jìn)材料在線版（“一種高效三結(jié)聚合物太陽能電池具有功率轉(zhuǎn)換效率超過11%”）中報道了這項研究中創(chuàng)新的關(guān)鍵，這是一種有機材料的演示，能夠模擬III-V基太陽能電池中創(chuàng)紀(jì)錄效率的三結(jié)結(jié)構(gòu)。

以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的GalnP/GalnAs/鍺技術(shù)構(gòu)造的III-V基太陽能電池已經(jīng)達(dá)到了所有太陽能電池的最高能量轉(zhuǎn)換效率，超過當(dāng)前記錄40%。

“在III-V基多結(jié)太陽能電池中，用于高電流輸出三結(jié)電池的最優(yōu)排列設(shè)有一個寬帶隙吸收器（2.0-1.85eV），一個中帶隙吸收器（1.4-1.2eV），并且以低帶隙吸收器（1.0-0.7eV）。”ChunchaoChen，Yang的實驗室的一個學(xué)生，也是論文的第一作者，解釋說：“然而，這個最佳的設(shè)計規(guī)則不能直接應(yīng)用在有機太陽能電池中，因為缺乏具有帶隙低至1eV的有效供體材料。因此，我們開始為三結(jié)著手確定與實際相結(jié)合的帶隙能量以建立一個高效的有機串聯(lián)太陽能電池結(jié)構(gòu)。”

團(tuán)隊相信，他們從設(shè)計串聯(lián)太陽能電池中所獲得的經(jīng)驗和知識可以被轉(zhuǎn)移到其他光伏技術(shù)——例如混合太陽能電池；鈣鈦礦太陽能電池；CIGS太陽能電池。例如去年，他們已經(jīng)證明串聯(lián)結(jié)構(gòu)可以與現(xiàn)有的半透明太陽能電池的設(shè)計相結(jié)合，可導(dǎo)致效率提高一倍。