KAUST研究人员已制定一套设计指南指导改善太阳能电池性能

了解粒子如何通过设备传播对于提高太阳能电池的效率至关重要。KAUST研究人员与国际科学家团队合作,现已制定了一套设计指南指导改善太阳能电池性能,以增强分子材料性能

KAUST研究人员已制定一套设计指南指导改善太阳能电池性能
基于有机半导体硫氰酸铜(I)的双层太​​阳能电池为激子扩散研究提供了新的平台。

当一束光或光子被半导体吸收时,它会产生一对称为激子的粒子。电子是这对粒子的一部分;另一部分是带正电的等价物,称为空穴。激子是电中性的,所以不可能通过施加电场使其运动。相反,激子是通过随机运动或扩散 “跳跃 “。激子离解成电荷是产生电流的必要条件,但在有机半导体中是极不可能的。

因此,通常情况下需要混合两种半导体,即所谓的电子给体和电子受体,以有效地产生自由电荷,”Yuliar Firdaus解释说。”供体和受体材料相互渗透;最大限度地提高激子扩散长度–激子在重新组合和丢失之前可以移动的距离–对于优化有机太阳能电池的性能至关重要。

以前的许多有机太阳能电池是通过将聚合物与分子(即富勒烯)混合制成的。但最近,用其他有机材料(如非富勒烯小分子)取代富勒烯,在器件效率方面产生了令人印象深刻的改进。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

Firdaus及其同事将光电流的测量与超快光谱相结合,计算出多种非富勒烯分子的扩散长度。他们观察到了非常长的激子扩散长度,在20到47纳米的范围内–这比富勒烯的5到10纳米范围内的特征有所改善。

为了更好地理解这一改进,研究小组将描述分子晶体结构的数据与量子化学计算进行了比较。通过这种方式,他们可以确定分子的化学结构和扩散长度之间的关键关系。随着这些联系的建立,科学家们制定了一套规则,以帮助合成改进的材料,并最终帮助设计转换效率更高的有机光伏设备。

“接下来,我们计划研究薄膜加工工艺如何影响现有小分子受体的激子转移率,”Firdaus说。”我们还有兴趣将分子设计规则转化为合成性能更好的新受体材料。”

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