混合供體（donor）聚合物與受體（acceptor）的許多聚合物組合可用于形成一個完整的塑料太陽能電池。遺憾的是，有些最佳組合往往因為聚集在一起而減少了電子轉(zhuǎn)移時的表面積從供體（轉(zhuǎn)移電子）到受體（讓太陽能電池中的電子通過，傳送至到太陽供電的裝置）。然而，透過一個微米級的耙子即可排解這些聚集，并形成納米級晶體，使得表面積倍增，從而提高2倍的輸出功率。

美國斯坦福大學(xué)（StanfordUniversity）材料與能源科學(xué)研究所（SIMES）將這一過程稱為流體強(qiáng)化晶體工程（FLUENCE）。

我們分別使用了供體和受體聚合物材料即全聚合物太陽能電池，在涂布期間利用微米級耙子爬梳，可使所用的模型系統(tǒng)效率倍增，SIMES成員之一的華裔教授鮑哲南表示。

現(xiàn)在一般都會為全塑料太陽能電池選擇使用聚合物，因為聚合物較不會聚集，即使出現(xiàn)的激子也很少會是易于聚集的聚合物。然而，利用這種FLUENCE技術(shù)，可讓太陽能電池利用聚合物實現(xiàn)聚光功能每個光單位所出現(xiàn)的激子（電子/電洞對），從而優(yōu)化轉(zhuǎn)換效率，使其輸出功率較傳統(tǒng)的涂布方式新增一倍。

柱狀豎立的1微米間距流體強(qiáng)化晶體工程或FLUENCE耙子的掃描電子顯微鏡（SEM）圖

這種微米級的耙子可加以調(diào)諧而與現(xiàn)存的聚合物配方共同作業(yè)。然而，根據(jù)所使用的聚合物系統(tǒng)，耙子的效應(yīng)也有所差異，但在聚合物傾向于聚集成一大塊的情況下最有效。它可利用顯微級的耙子使其分散成小塊，實現(xiàn)更加有效率的激子解離，鮑哲南說。

目前，這些經(jīng)概念驗證的耙子實驗正以十分緩慢的速度進(jìn)行每小時約3.5-14.2英吋，與塑料太陽能電池實現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)要每小時50英哩的高速卷對卷（R2R）工藝相距甚遠(yuǎn)。然而，研究員們并不擔(dān)心提高速度的挑戰(zhàn)，他們表示，這只要優(yōu)化參數(shù)即可這包括從選擇不同溶劑類型到改變工藝溫度，以便使FLUENCE工藝提升到更高速的制造。

我認(rèn)為，為了落實這種微米級耙子的優(yōu)點，選擇合適的溶劑和溫度十分重要，鮑哲南表示。

據(jù)鮑哲南解釋，過去一般采用顯微級直刀來瓦解這些聚集塊，但微型耙子的效率更高18%，加上它還能制造商進(jìn)一步提高全塑料太陽能電池的生產(chǎn)效率。事實上，研究人員們十分看好這種FLUENCE工藝，可讓塑料太陽能電池只要一小部份的制造成本，就能展現(xiàn)超越硅晶太陽能電池的效率。

流體強(qiáng)化晶體工程（FLUENCE）解決方法

美國國家加速器實驗室（SLAC）的斯坦福同步輻射光源（SSRL）部門負(fù)責(zé)人MikeToney利用X射線衍射測量FLUENCE可分開供體與受體納米級晶體的程度，也為這項研究帶來貢獻(xiàn)。此外，美國羅倫斯柏克萊國家實驗室（LBNL）的先進(jìn)光源（ALS）則用于表微這項技術(shù)。

微米級粑子以1.2微米間距封裝，高度約1.5微米。斯坦福大學(xué)研究研究員YanZhou為供體與受體晶體之間表征優(yōu)化距離使其接近到足以實現(xiàn)快速的電子轉(zhuǎn)移，但又不至于太接近讓受體可在采集到電力后才傳回電子。

其他有助于實現(xiàn)這項計劃的還包括前SLAC科學(xué)家StefanMannsfeld（現(xiàn)為德國Dresden工業(yè)大學(xué)教授）、前SIMES博士后研究員YingDiao（現(xiàn)任伊利諾大學(xué)教授），以及來自ALS、北京大學(xué)與韓國成均館大學(xué)的科學(xué)家群。

美國能源部（DoE）的BRIDGE研究計劃、SLAC的指導(dǎo)研究和開發(fā)計劃實驗室與國家加速器實驗室、SIMES以及斯坦福大學(xué)均為這項供應(yīng)贊助資金。