有机太阳能电池如何变得更加高效

太阳向地球发送大量的能量。然而，其中一些能量在太阳能电池中丢失了。这是有机太阳能电池使用的一个障碍，特别是对于那些在创新应用中可行的太阳能电池。提高其性能的一个关键因素是：改善材料内存储的太阳能的传输。现在，慕尼黑工业大学(TUM)的一个研究小组表明，某些有机染料可以帮助建造虚拟的能源高速公路。

有机太阳能电池是轻质、极薄的能量收集器，作为柔性涂层，几乎可以完美贴合在任何表面上：基于有机半导体的太阳能电池开辟了一系列应用可能性，例如，作为可卷绕的太阳能电池板和薄膜或用于智能设备。但许多应用中的一个缺点是材料内收集的能量传输相对较差。研究人员正在研究有机太阳能电池的基本传输过程，以找到改善这种传输的方法。

刺激阳光

其中一位研究人员是弗兰克·奥特曼 (Frank Ortmann)，他是慕尼黑工业大学光谱学理论方法教授。他和他来自德累斯顿的同事们最关注的是光和材料之间的相互作用，尤其是所谓的激子的行为。“激子就像太阳的燃料，必须得到最佳利用，”奥特曼解释道，他也是“电子转换”卓越集群的成员。“当光子形式的光能与太阳能电池的材料碰撞时，它会被吸收并缓冲为激发态。这种中间态被称为激子。” 这些电荷在到达专门设计的接口之前不能用作电能。

涡轮增压器染料

激子尽快到达这个界面之所以如此重要，是因为它们的寿命很短。“传输速度越快、更有针对性，能量产量就越高，因此太阳能电池的效率就越高，”奥特曼说。有机染料分子(称为醌型部花青)凭借其化学结构和出色的吸收可见光的能力使这成为可能。因此，它们也适合用作有机太阳能电池的活性层，奥特曼解释道。

快车道上的能量包

利用光谱测量和模型，研究人员能够观察到激子穿过染料分子。“我们的设计提供的 1.33 电子伏特值远远高于有机半导体中的值 - 你可以说有机染料分子形成了一种高速公路，”Ortmann 补充道。这些基本的新发现可以为有机固体物质中更有针对性的、更有效的激子传输铺平道路，加速有机太阳能电池和具有更高性能的有机发光二极管的开发。

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