有机太阳能电池在可持续能源应用方面具有巨大潜力。然而，由有机半导体组成的光伏模块在阳光下不能保持足够长的效率，无法满足实际应用。
研究人员发现了有机太阳能电池退化如此之快的一个重要原因。这种新认识将推动基于有机半导体的光伏材料开发更稳定的材料，从而实现低成本和可再生电力生产。
由于最近有机（碳基）半导体太阳能电池将太阳光转化为能量的效率有所提高，因此增强这些光伏系统的长期稳定性正成为一个日益重要的问题。
该技术的实际应用需要将光伏设备的效率维持数年。为了解决这个紧迫的问题，研究人员研究了有机太阳能电池光吸收层中使用的两种材料的降解机制：“电子供体”和“电子受体”材料。
需要这两种成分将光子吸收后产生的束缚电子-空穴对分离成构成电流的自由电子和空穴。
在这项研究中，由剑桥大学卡文迪什实验室领导的国际科学家团队首次评估了电子供体和电子受体材料的降解路径。该研究发表在《焦耳》杂志上。
对电子供体材料的广泛检查将当前的研究工作与早期的调查区分开来，并为该领域提供了重要的新见解。特别是电子供体材料特有的超快失活机制的发现，以前从未被观察到，并为有机太阳能电池中的材料降解提供了一个新的视角。
卡文迪什研究人员与来自英国、比利时和意大利的专家合作，以更好地了解这些材料是如何降解的。他们将光伏器件稳定性研究与在剑桥进行的超快激光光谱学结合起来，其中工作的太阳能电池暴露在类似于太阳光的强光下。
他们能够使用这种激光方法识别电子供体材料中涉及聚合物链扭曲的新降解机制。
因此，当扭曲的聚合物吸收光子时，它会在飞秒时间尺度（百万分之一十亿分之一秒）内经历极快的失活路径。这个不需要的过程足够快，足以与光子中自由电子和空穴的形成竞争，研究人员可以将其与有机太阳能电池暴露在模拟阳光下后性能下降联系起来。
有趣的是，像聚合物链的扭曲这样看似微不足道的事情却能对太阳能电池的效率产生如此大的影响。未来，我们计划通过与化学小组合作，以我们的发现为基础，设计具有更刚性聚合物主链的新型电子供体材料。我们希望这将降低聚合物扭曲的倾向，从而提高有机太阳能电池器件的稳定性。
由于其独特的特性，有机太阳能电池可用于典型硅光伏电池无效的各种应用。这可能包括可以卷起以方便运输和移动发电的光伏电池，或传输光合作用所必需的光色的温室发电窗。
目前的研究通过查明必须克服的退化机制直接推动下一代光伏材料和应用的发展。
