有机太阳能电池可能是无机太阳能电池的廉价和多用途的替代品。然而，它们的低效率和有限的寿命目前使它们无法用于商业用途。

作为努力的一部分使性能改进和将这些太阳能电池更接近实际应用,研究人员Argonne-Northwestern太阳能研究中心(雁属),西北大学之间的合作,美国能源部(DOE)的阿贡国家实验室,得到一个更好的看看有机太阳能电池的分子结构形式。

利用美国能源部科学用户设施办公室的先进光子源(APS)，研究人员分析了有机太阳能电池在不同条件下的晶体结构是如何形成的。通过APS，研究人员了解了某些添加剂是如何影响细胞的微观结构的，这为提高细胞效率提供了新的视角。

科学家们将重点放在细胞的光敏层上，这层光敏层由薄膜构成，薄膜从阳光中吸收能量，然后将能量转化为电流。研究人员通过旋转涂布的方法生产了这种薄膜，旋转涂布是研究实验室中广泛使用的一种薄膜制造方法。

在旋转涂层中，科学家们将材料溶解在溶剂中，滴在旋转的表面上。这使得它展开成一个薄而均匀的薄片。他们将自旋涂布机安装在APS的x射线束上，并实时观察胶片的晶体结构演变。

为了全面详细地观察这些晶体是如何形成的，研究人员利用了一种特殊的原位方法，称为掠入射广角x射线散射(GIWAXS)，来收集x射线衍射数据。

西北大学研究生埃里克·曼利是这项研究的第一作者，该研究于10月9日发表在《先进材料》杂志上。

这项研究最重要的发现是，在新的实验设置下，某些添加剂是如何显著影响薄膜结构停止变化所需的时间和薄膜在进化过程中所采用的中间结构的。即使在溶剂溶解后，其结构也会持续变化，变化时间从几秒钟到几小时不等，这取决于添加剂的种类。添加了添加剂的慢速薄膜通常比快速形成的薄膜性能更好。

“太阳能电池制造商通常会在旋转涂层后迅速进入下一步生产，这种涂层有可能在结构仍在形成时锁定形态。”这可以显著地影响细胞的性能，无论是积极的还是消极的，”Manley说。“我们发现，我们需要报告制造步骤之间的时间，以控制条件，再现优化的结果。”

研究人员计划研究更复杂的结构，并研究不同的选择如何优化性能。“我们希望这将为使这些细胞更适于日常应用铺平道路，”物理学家约瑟夫·斯特扎尔卡(Joseph Strzalka)说。他是阿尔冈x射线科学部时间解析研究小组的成员。