地球上使用的硅太陽能電池在暴露于太空的強(qiáng)烈輻射時(shí)會(huì)迅速退化。而砷化鎵太陽能電池如今在衛(wèi)星和航天器上使用，因?yàn)檫@種材料能夠承受太空條件。然而，砷化鎵電池價(jià)格昂貴、堅(jiān)硬且笨重，很難與高效的航天器集成。

這項(xiàng)研究從分子水平上調(diào)查了輻射對(duì)有機(jī)太陽能電池的影響。研究人員用質(zhì)子輻射對(duì)電池進(jìn)行了測(cè)試，質(zhì)子輻射被認(rèn)為是太空中對(duì)電子材料破壞性最大的粒子。

這項(xiàng)研究測(cè)試了各種有機(jī)太陽能電池配置。用小分子制成的電池表現(xiàn)出對(duì)質(zhì)子的強(qiáng)大抵抗力，經(jīng)過三年的輻射測(cè)試后沒有出現(xiàn)任何損壞。相反，用復(fù)合聚合物制成的電池在測(cè)試中損失了大約一半的效率。

密歇根大學(xué)工程學(xué)教授斯蒂芬福雷斯特說：“我們發(fā)現(xiàn)質(zhì)子會(huì)斷裂一些側(cè)鏈，留下電子陷阱，從而降低太陽能電池的性能。”

“陷阱”會(huì)吸引光伏效應(yīng)釋放的電子，阻止它們流入收集電能的電極。研究小組表示，這種陷阱效應(yīng)可以通過熱退火或加熱電池來解決，從而修復(fù)電池。研究人員表示，陷阱也可以用其他原子填充，從而有可能消除這一問題。

研究小組表示，太空中面向太陽的有機(jī)太陽能電池有可能實(shí)現(xiàn)這種自我修復(fù)過程。研究稱，這些電池在 100 攝氏度的實(shí)驗(yàn)室中表現(xiàn)出了有效的修復(fù)能力，但還需要進(jìn)一步研究。

研究團(tuán)隊(duì)與中國南京大學(xué)、Universal Display Corp 和美國海軍研究辦公室合作，試圖發(fā)現(xiàn)自愈效應(yīng)是否發(fā)生在太空真空中，以及這種自愈是否足以可靠地用于太空任務(wù)。該團(tuán)隊(duì)推測(cè)，設(shè)計(jì)這種材料以使其永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)降解和電子陷阱可能更為合理。

研究中使用的設(shè)備部分是在盧里納米制造設(shè)施建造的，在密歇根離子束實(shí)驗(yàn)室暴露于質(zhì)子束 ，并在密歇根材料特性中心進(jìn)行有機(jī)太陽能電池研究。