盡管科學家和工程師已經成功地利用了太陽能，但仍存在很多效率和可靠性問題。然而，南伊利諾伊州大學（Southern Illinois University Carbondale）的一位研究員正在研究新的材料，以極大地提高太陽能電池的效率和改進許多現存的技術。該大學科學院的物理系助理教授Mesfin Tsige正在研究導電聚合物，以及它將如何改變太陽能。

聚合物的分子結構由長的、重復性的結構單元所組成，并與半導體量子點相結合，相對于目前典型的太陽能電池硅材料，這些聚合物具有好多效率上的潛在優勢。Tsige正在考察當表面處于不同溫度時導電聚合物的界面有何不同，以及在這些條件下它們的分子組織如何，這些直接影響聚合物的電特性和光學特性。

Tsige的研究受到了聯邦政府的極大信任和贊同，國家科學基金會（NSF）授予了他亟需的事業基金，使得他在開始獨立的研究事業時，能夠招納到有前途的一些研究員。Tsige將利用五年期的額度達43.2萬美元的資金，來購買計算機設備，雇傭畢業生助手，并支付三年的夏季客座學者的費用。他也將資助一些物理學教育的工作。

Tsige將采用計算機來模擬和分析聚合物和液晶的動力學及結構在界面處的變化。它使用了大量的計算能力，20、40甚至96臺互聯的處理器來對這些反應進行建模。這筆資金將幫助使計算機數量增加到128臺，未來將提供更強大的計算能力，來模擬更復雜的動力學。Tsige還很快將采用NSF提供的超級計算機，加快處理時間。

雖然聚合物是普通的材料，但Tsige所研究的僅僅是其中極少的能導電的聚合物。這是太陽能電池的關鍵特征，它采用不同類型的納米級材料，并做成三明治結構來捕獲光子，然后轉化成電力。Tsige正在兼顧基礎科學和聚合物的應用，目標是尋找更好的方法來制作太陽能電池材料。為了實現這個目標，他在探究從0.4nm薄到25nm厚的各種聚合物層。

聚合物如何構成取決于其厚度。“我們對其動力學很感興趣，以及其分子如何移動和其移動如何被限制，”Tsige說。“例如，在某些條件下，聚合物更像固體，但更多的時候表現出液體的特性。我們想弄清楚為什么會這樣。”

更好的太陽能電池的關鍵在于，電子聚集和傳導，兩者都決定了電池效率。大部分太陽能電池目前采用硅來捕獲、傳遞電子。“硅是很好的材料，”Tsige表示，“但是也有一些劣勢，尤其是與結合了量子點的聚合物的潛能相比時。”例如，硅僅能捕獲一種頻率的陽光，而半導體量子點及其可調的能帶隙卻能捕獲大部分頻率，并在這個方面很容易極大地提高效率。硅也經受了所謂的“電子――空穴再結合”中電子逃逸而不能被利用的情況。

從另一方面講，導電聚合物正表現出極大的希望，一旦光生電子產生，就能被捕獲住，并且能有效地傳遞到電極表面，Tsige說。“未來是屬于聚合物基太陽能電池的。硅電池能很好地工作并有好的效率，但是聚合物基太陽能電池能表現地更好，且避免了硅的大部分問題。聚合物目前還沒達到比硅更好的程度，我們的研究正是為了優化它們以達到這種目標。”

Tsige補充說，“這就是我們所有人目前的努力所在。如果我們解決并最小化電子――空穴再結合中的問題，這將是一大進步。它意味著更高效的電池，以及下一代電池設計上的一大優勢。聚合物能夠做到這些。”