理解有机太阳能电池中电荷传输的突破性进展
发布时间：2023-06-13 08:00:00 阅读数： 57
1 / 1开姆尼茨理工大学凝聚态物质光学和光子学教授职位的研究助理玛丽亚-萨拉迪娜在物理研究所的一个实验室里对有机太阳能电池进行定性。资料来源：雅各布-穆勒
由Carsten Deibel教授领导的开姆尼茨理工大学凝聚态物质光学与光子学教授职位的研究人员和其他合作机构目前正在共同研究由新型有机半导体制成的太阳能电池，这种电池可以通过既定的印刷或热蒸发方法制造。
为了从根本上理解和进一步开发这类光伏材料，研究人员正在采取一种强烈的跨学科方法，作为 "来自非富勒烯受体的印刷和稳定的有机光伏材料-POPULAR "研究单位的一部分。在这里，来自化学和材料科学以及物理学和数学的专业知识与印刷技术相结合。
"德贝尔说："关于资源节约型可再生能源的发展，对有机光伏的研究是非常重要的，因为它们可以在室温下以高产量进行处理。
"这位开姆尼茨物理学教授说："有机半导体是非常好的光吸收剂，所以太阳能电池中的光吸收层比晶体硅太阳能电池薄1000倍。与后者相比，有机太阳能电池不是高度有序的，而是无序的。德贝尔解释说："对于阳光在有机半导体中产生的电子和空穴的传输来说，这意味着它们不是在高速公路上移动，而是在一条有许多陷阱的崎岖道路上移动，这些陷阱会抓住电子或空穴，导致电流变慢，但不会降低，"。描述这种能量景观的一种方法是状态密度。
令人惊讶的洞察力： 幂律描述了有机太阳能电池的状态密度
为了更好地了解有机太阳能电池中的电荷传输，Deibel和他的研究助理Maria Saladina与来自纽伦堡-埃尔朗根大学、亥姆霍兹埃尔朗根-纽伦堡可再生能源研究所和德累斯顿的Heliatek有限公司的同事一起，制造了不同类型的有机太阳能电池，对其进行分析，并首次揭开了电子缺陷景观。这是对有机太阳能电池的开路电压进行敏感测量的结果--开路电压是在没有电流时产生的，它是衡量光产生的电子和空穴有多少能量的标准。
这些测量是在广泛的光强度和温度下进行的。对数据的评估表明，有机太阳能电池的状态密度的形状不能像以前假设的那样用高斯或指数分布来描述，而是用幂律。"这意味着，与旧的模型相反，太阳能电池中较小的开路电压位于一个有更多陷阱的能量范围内。幸运的是，在室温下阳光照射的有机太阳能电池的工作条件下，开路电压更高，状态密度包含更少的陷阱，"萨拉迪纳说。
研究成果发表在《物理评论快报》上，该手稿被选为编辑建议。尽管由于这些新的见解，必须重新考虑有机太阳能电池的理论描述，但技术文章的作者估计，使用印刷或蒸发技术生产高效的有机太阳能电池没有根本障碍。
"我们相信，用于太阳能电池的有机半导体的无序性与大规模生产兼容的制造可能性直接相关，"Deibel说。
萨拉迪纳补充说："我们已经意识到，决定有机太阳能电池中电荷传输和重组过程的状态密度比以前假设的更复杂"。与此相关的挑战也将由DFG研究单位POPULAR和Marie-Skłodowska-Curie博士网络EIFFEL共同面对。
更多信息：Maria Saladina et al, Power-Law Density of States in Organic Solar Cells Revealed by the Open-Circuit Voltage Dependence of the Ideality Factor, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.236403
