单晶硅做的太阳能电池有很高的效率，可高达29%（也就是把29%的太阳能转换成电能）。单晶硅太阳能电池寿命也很长，其效率不会在日照下退化。可惜单晶硅太阳能电池太贵了，无法普及并产生正的经济效益。另一种太阳能电池——非晶硅太阳能电池则非常便宜，可以大规模生产。但其效率就低了很多，只有10%，在被太阳光照射几个小时后，效率还会继续降低（降至7%左右）。
这篇文章介绍的太阳能电池是塑料做的，可以通过打印便宜地大规模生产，比非晶硅太阳能电池还要便宜。但其效率却更低，只有1.5%到5.5%。另外，塑料在阳光下容易分解，寿命短也是塑料太阳能电池的一个大问题。如果寿命问题能够解决，而且能把效率提高到10%以上，那么塑料太阳能电池就可以被广泛推广，从而带来正的经济效益。
所以，目前的非晶硅太阳能电池和塑料太阳能电池，都需要进一步努力提高性能，从而成为产生经济效益的新能源。
一个具有10%效率的太阳能电池，到底能产生多少电能？中午的时候，每平方米的太阳能，差不多是1300瓦。假如一块太阳能电池板的面积为10平方米。那么它最多将能产生1300x10x10%=1300瓦的电能。这足以带动一台空调机（其功耗大约为600瓦）。
我们看到，10%效率的太阳能电池已经能产生足够的能量，供家庭使用——特别是当屋顶面积比较大的时候。此时，主要的挑战是价格问题和寿命问题。另外，我们还需要高容量且便宜的蓄电池，把白天产生的电能储存到晚上或阴天时使用，这也是一个重大挑战。
目前，已经有公司在整体设计太阳能住宅，在屋顶全部装太阳能电池，蓄电池则装到墙里（如上图所示）。希望在不远的将来，随着太阳能电池技术和汽车蓄电池技术的发展，此类太阳能住宅可以成为经济的选择。
太阳能电池可利用大自然中免费的阳光来发电。但是，目前使用太阳能发电并不便宜，因为太阳能电池板的售价相对昂贵。试想一下，如果像打印报纸一样把太阳能电池板打印出来，是否能降低制作成本呢？答案是肯定的，一种用塑料做的太阳能电池可以达到这个目的。
在本文中，我们将为大家介绍这类新型塑料太阳能电池的基本工作原理，也为大家展示一种可以让太阳能转换效率提高三倍的特殊添加材料。这种特殊添加材料有着魔法般神奇的功能。不过，作为科学家的我们明白，现实中真正的魔法实属罕见，倒不如去搞清楚它为什么有此功能以及是如何发挥魔力的。
塑料太阳能电池中最重要的部分是能量活性层。光能在这一层被转换成正负电荷。添加剂是一种小分子化合物。能够在加入“塑料墨水”后影响活性层的形成，但风干后并不会残留在太阳能电池中。常规的光学显微镜通过光学透镜来放大所观测物体的显微结构。如果想观察光学显微镜观察不到的结构，就需要使用电子显微镜。电子显微镜使用电子观测物体，不需要光学透镜。
一种由溶剂和固体颗粒组成、可以被打印或覆盖在物体表面的混合物被称为墨水。被打印或覆盖后，液态的溶剂挥发，固态颗粒附着在所接触的表面。两种不同物质的边界接触的地方被称为界面。一种长分子结构，类似于煮过的意大利面，但是尺寸是意大利面的百万分之一被称为聚合物。塑料是由聚合物组成。一种用于形成薄膜包被层的包被技术被称为旋转覆膜。少量油墨被滴于快速、水平旋转的玻璃片表面。
油墨分散、风干之后，一层薄的包被层覆盖在玻璃片表面。
当你在阅读这篇文章的时候，你的电脑肯定在消耗着电能。电能从何而来？2013年，在美国所使用的电能约有67%来自以燃烧煤炭和天然气为基础的火力发电。但是，火力发电同时也导致了严重的空气污染和气候改变。而且，一旦煤炭和天然气资源耗竭了，电力的来源是否将面临危机呢？
其实，自然界有一种更利于环保的洁净能源：太阳能，这可是免费的噢！即使在多云天气，太阳都能够以光能的形式为地球提供能量。太阳能电池板可以将光能转化为电能。但问题在于太阳能电池板现在造价很高。如果能设法降低它的造价，我们就能充分利用太阳光，来获取便宜的电力。
最近，科学家使用“打印”这种新方法来制作太阳能电池。说到打印，很多人首先想到的是类似于打印书籍的打印方式。其实，我们还可以运用特殊的打印机来打印塑料制品。塑料是由很长的分子聚合物构成。在放大倍数很高的显微镜下，你可以观察到这种聚合物，它们看起来像烹调过的意大利面，实际上只有意大利面的百万分之一那么大。
如何打印塑料制品呢？很简单，只要把家用打印机的普通墨盒换成存有“塑料墨水”的墨盒即可。“塑料墨水”里有溶解在特定溶液中的两种聚合物。打印塑料制品的时候，溶液会风干，两种聚合物能够形成一层薄膜。用于打印塑料太阳能电池的“塑料墨水”含有一种特殊的聚合物，正是这种聚合物把太阳光能转换成了电能。
塑料太阳能电池可以被打印在成卷的柔性金属箔上。最新技术已经能够打印100米长的太阳能电池。但是，和市场上出售的造价昂贵的太阳能电池板相比，打印的塑料太阳能电池转换能源的效率很低，只有1.5%，远远不及前者的15-20%。虽然如此，塑料太阳能电池的前景不容小觑。全球的实验室都在致力于提高打印太阳能电池的能源转换效率，目前最高已达12%。
科学家发现，向“塑料墨水”中加入一种添加剂能够提高能源转换效率。这种添加剂的发现是个巧合，我们还不知道它为何有此功用。塑料太阳能电池的工作原理是什么呢？这个问题很难回答，科学家们已经花费了数年时间研究这个领域。
塑料太阳能电池是附着在玻璃或者柔性金属箔表面的一层塑料物质。在实验室中，我们所用的玻璃板带有透明的正极电触头。“塑料墨水”被铺设在正极电触头上，作为光能向电能转换的介质。这种“塑料墨水”包含两种聚合物，一种是绿色的较长的聚合物，另一种是红色的较短的聚合物。这两种聚合物形成混合层，用作负极电触头的金属层覆盖在混合层上。
组装完毕后，整个装置倒置于阳光下，使阳光透过玻璃激活下层的光能-电能转换装置。经过阳光照射，两种聚合物的界面处会形成正负电荷。带负电的电子会向太阳能电池的负极移动，正电荷会向正极移动。这种正负极与电池的正负极是一样的，只是其能量来源于太阳。只要阳光持续普照大地，它就是取之不尽的。
即使是用常规显微镜，红绿聚合物也很难被观察到，因为它们的尺寸太小了。只有电子显微镜能直接观察这两种聚合物。电子显微镜并非通过光学放大来观察微观结构，而是通过观察电子分布的规律来获取信息。
如何提高塑料太阳能电池的转换效率呢？奥妙就是在能量转换活性层加入一种特殊的液态添加剂。少量的添加剂加到“塑料墨水”里，打印后它会慢慢地风干。它的神奇作用在2007年首次被发现，其原理却未知。
在这里，我们首先了解一下它的功能，看能不能从中理解它的工作原理。能量转换活性层的制备采用的是油墨水平旋转覆膜技术。具体来说，首先将红绿两种聚合物混合成液态的“塑料墨水”，并滴至玻璃板表面，然后通过快速水平旋转玻璃板而使墨水均匀分散并即刻风干，最终形成薄膜层。
但是，红色聚合物在风干的过程中会形成较大的颗粒，导致所形成的太阳能电池效率低下。加入特殊的添加剂能够使风干时间延长五倍，避免了大颗粒的形成。我们用激光照在快速旋转的玻璃板上，如果有聚合物颗粒形成，激光的反射就会发生变化。通过观察激光的反射情况，我们发现没有添加剂的活性层，在风干的后期不仅有大颗粒聚合物形成，而且之后绿色聚合物的颜色竟发生了改变！
为何会有颜色的改变呢？如前面所讲，绿色聚合物是一种较长的分子，具有柔性，能像蜷曲的蛇那样发生折叠。而折叠后的聚合物分子由绿色变成了深绿色。在我们的实验条件下，我们可以通过监测激光反射情况，来确定聚合物颜色何时发生改变。通过比较，我们发现与不加添加剂相比，添加剂能使绿色聚合物的折叠发生的更早，甚至在红色聚合物的大颗粒形成之前发生。
这是由于添加剂和绿色聚合物彼此排斥，后者通过迅速折叠来避开前者的影响。折叠后的聚合物能很好的阻止大颗粒的聚合，从而形成混合更加均匀的活性层。这就是神奇添加剂的奥秘。
塑料太阳能电池有着很好的应用前景，因为可在大面积的柔性金属箔上将其打印出来，大大降低了制作成本。通过在“塑料墨水”中使用神奇的添加剂，可将电池的能源转换效率提高三倍。在一套新的实验装置的帮助下，我们通过观察“塑料墨水”的风干过程，揭开了特殊添加剂发挥魔力的秘密，发现它能够加速绿色聚合物折叠，进而防止红色聚合物形成较大颗粒，使能量转换活性层中两种聚合物能够更充分的接触，确保光能被高效地转换为电能。
回顾过去，众多研究人员辛苦劳作，致力于优化太阳能电池的研究，但也只有那些足够幸运的人有所收获。现在，因为认识到风干工艺的重要，我们得以探寻更多技巧去优化太阳能电池。我们相信在不远的将来，为了实现以低廉的成本获取高效的电能，打印的塑料太阳能电池将大有所为。