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分子振动会降低有机太阳能电池中可达到的最大光电压-Phys.org

图解说明电荷对(激子)的产生,激子是有机太阳能电池活性层中自由电荷载流子的前体。图片来源:德累斯顿工业大学              比利时德累斯顿工业大学和哈瑟尔特大学的科学家研究了物理原因,这些因素限制了基于有机分子材料的新型太阳能电池的效率。目前,此类电池的电压仍然过低-效率仍然较低的原因之一。                                                       在他们的研究中,通过研究薄膜中分子的振动,科学家们能够证明非常基本的量子效应,即所谓的零点振动,可以对电压损耗做出重大贡献。该研究现已发表在《自然通讯》杂志上。 太阳能电池是对全球能源生产的必要转变寄予厚望的结晶点。基于有机材料(即碳基材料)的有机光伏(OPV)可能理想地成为“可再生能源”能源结构中的重要支柱,因为与传统的硅基光伏材料相比,它们具有更好的生态资产负债表组件,仅需少量材料即可生产薄膜。但是,必须进一步提高效率。它基于各种特性值,例如开路电压,其值太低目前是OPV效率仍然相当中等的主要原因。 这项研究调查了造成这种情况的物理原因,包括薄膜中分子的振动。结果表明,所谓的零点振动是一种量子物理学的效应,它表征了绝对温度为零时的运动。它可以对电压损耗产生重大影响。证明了分子性质和宏观器件性质之间的直接关系。研究结果为进一步开发和改进新型有机材料提供了重要信息。 光学吸收光谱的低能量边缘对于太阳能电池的性能至关重要,但是对于具有许多影响因素的有机太阳能电池而言,人们对此尚不了解。在本研究中,研究了分子共混体系中吸收带的微观起源及其在有机太阳能电池中的作用。重点是吸收特性的温度依赖性,这是在考虑分子振动的情况下进行理论研究的。模拟与实验测量的吸收光谱非常匹配,这导致了许多重要发现。 作者发现,由电子-声子相互作用介导的零点振动会引起相当大的吸收带宽。这导致释放了一部分能量,该能量未被使用,因此降低了开路电压。现在可以从电子和振动分子参数预测这些电压损失。不寻常的是,即使在室温下,这种作用也很强,并且会大大降低有机太阳能电池的效率。作者正在针对大量系统和不同异质结几何形状讨论可以采用哪些策略来减少这些由振动引起的电压损耗。                                                                                                                                                                   更多信息: Michel Panhans等。分子振动会降低有机太阳能电池中可达到的最大光电压,《自然通讯》(2020年)。 DOI:10.1038 / s41467-020-15215-x                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   引文:                                                  分子振动会降低有机太阳能电池可达到的最大光电压(2020年3月20日)                                                  2020年3月22日检索                                                  来自https://phys.org/news/2020-03-molecular-vibrations-maximum-photovoltage-solar.html                                                                                                                                       本文件受版权保护。除出于私下学习或研究目的进行的任何公平交易外,没有                                             未经书面许可,不得复制部分内容。内容仅供参考。                                                                                                                                阅读更多



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