超薄膜的进步使得太阳能电池板和半导体器件更高效、成本更低，并且橡树岭国家实验室能源部的研究人员说，他们已经找到了一种方法可以更容易的制造薄膜。

通常，薄膜（用于有机块体异质结太阳能电池，或BHJs，将太阳能转换成电能 ）都是在溶液中通过混合共轭聚合物和富勒烯（足球状碳分子也称为布基球）而制备的。

接着，将混合物旋转浇铸在旋转衬底上以确保均匀，然后发送到后处理进行退火。退火该材料（加热然后将其冷却）会降低材料的硬度，同时提高其韧性，这使得它更易于使用。

柔韧性使得BHJs比更昂贵的结晶硅电池更吸引人，但退火过程是很耗时的。

现在，橡树岭国家实验室的研究人员说，一种简单的溶剂可使热退火变成过去的事。

在一项橡树岭国家实验室的散裂中子源（SNS）和纳米材料科学中心（CNMS）之间的合作 （两者都是能源部的科学用户设施办公室），博士后研究员Nuradhika Herath领导了一个由中子和材料科学家组成的团队并进行BHJ膜的形态或结构的研究。

 “优化一个膜的形态是提高设备性能的关键，” Herath说。 “我们想要找出的是混合结构和光电性能之间的关系。”寻找方法来调整膜的形态与回答为什么某些膜的形态比其他的更有利是一样重要的，她补充说。

研究人员比较了利用一种添加少量溶剂的方法进行的热退火，这种溶剂有助于溶解掺混物中的富勒烯，并使膜结构更加均匀。

这样做是为了获得光吸收分子（例如，聚合物或其它分子）和富勒烯在整个膜中的最均匀混合物。如果该混合物不均匀，形成颗粒将导致传递电子被吸收、减弱膜输送电流的能力，降低器件的性能。

因为薄膜通常100纳米左右厚（为了进行比较，人类头发的直径大约75000纳米），并且组合物的深度分布是高度复杂的，需要特殊的仪器来测量材料的形态。为此，研究人员将眼光转向了中子散射。

两种不同的样品在混合和旋转浇铸到CNMS上后（一种经过退火，另一种使用溶剂添加剂），该团队把两种膜放到SNS的磁性反射仪（MR）的眼睛下，束线4A. MR为他们提供了结构轮廓的准确描述，这可准确的揭示聚合物和富勒烯是如何在整个薄膜中进行排列的。它们之间的区别是很明显的。

退过火样品的形态清楚地显示出聚合物和富勒烯之间显著的分离，含有溶剂添加剂的样品显着整体一致，性能表现较好。

 “原因是，当我们使用溶剂代替退火，样品干燥速度很慢，所以有足够的时间让系统变得全面优化，MR先进设备科学家Valeria Lauter说。 “我们看到，附加的退火是没有必要的，因为，在一定意义上，该系统已经是最完美的了”。

中子反射是一种功能强大的方法，因为它有效地使许多材料变透明，Lauter解释说。她说，不需要研究如何打开阻止研究人员看到了材料原子结构的隐喻黑盒子，中子只需直行通过它，给研究人员有关他们问题的定性和定量信息。

不仅来自中子的信息有助于提高太阳能电池的性能的效率，而且他们也将简化制造电池的过程。使用溶剂添加剂来优化BHJ膜的形态可以消除往低效率过程中投入更多的需要 - 节省时间、金钱和资源。

 “此外，光伏特性的优化提供了制造具有完全可控形态和器件性能的太阳能电池的信息，” Herath说。 “这些发现将有助于开发“理想”光伏，这会让我们离生产商业化的设备更接近一步。”

新材料在线编译整理——翻译：王晶晶      校正：摩天轮