太阳向地球发送了大量的能量。然而，其中一些在太阳能电池中丢失了。这是使用有机太阳能电池的一个障碍，特别是对于那些在创新应用中可行的电池。提高其性能的一个关键因素是:改善储存在材料内的太阳能的传输。现在，慕尼黑工业大学(TUM)的一个研究小组已经证明，某些有机染料可以帮助建立虚拟的能源高速公路。
S. Reiffert / TUM
Frank Ortmann教授(右)和Maximilian Dorfner教授讨论如何提高有机太阳能电池的效率。
有机太阳能电池很轻，非常薄的能量收集器，作为一种柔性涂层，几乎适合任何表面:基于有机半导体的太阳能电池开辟了一系列应用的可能性，例如，作为太阳能电池板和薄膜，可以卷起，或者用于智能设备。但在许多应用中的一个缺点是材料中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。
Frank Ortmann是这些研究人员之一，他是TUM光谱学理论方法教授。他和他来自德累斯顿的同事们更关注光和物质之间的相互作用，特别是所谓的激子的行为。“激子就像太阳的燃料，必须得到最佳的利用，”奥特曼解释说，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。”这些电荷在到达一个特殊设计的界面之前不能用作电能。奥特曼和他的团队现在已经证明，所谓的激子传输高速公路可以用有机染料制造出来。
激子尽可能快地到达这个界面之所以如此重要，是因为激子的寿命很短。“传输越快、越有针对性，能量产量就越高，因此太阳能电池的效率也就越高，”奥特曼说。由于其化学结构和出色的吸收可见光的能力，被称为醌类merocyanine的有机染料分子使这一切成为可能。因此，它们也适合用作有机太阳能电池的有源层，奥特曼解释说。
利用光谱测量和模型，研究人员能够观察到激子在染料分子中的快速运动。奥特曼补充说:“我们的设计提供的1.33电子伏特的值远远高于有机半导体的值——你可以说有机染料分子形成了一种高速公路。”这些基础性的新发现可能为有机固体物质中定向的、更有效的激子传输铺平道路，加速有机太阳能电池和性能更高的有机发光二极管的发展。
出版物
有机半导体中的定向激子传输高速公路
Kai mller, Karl S. Schellhammer, Nico Grler, Bipasha Debnath, Fupin Liu, Yulia Krupskaya, Karl Leo, Martin Knupfer, Frank Ortmann
DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 41044 - 9
www.nature.com/articles/s41467 - 023 - 41044 - 9
进一步资料及l
油墨
来自慕尼黑工业大学、德累斯顿工业大学和德累斯顿莱布尼茨固态和材料研究所的研究人员参与了该项目。
“电子转换”集群研究的是电子转换的基本过程可再生能源的反转，如光伏、光催化和电池。研究人员正在努力减少不同材料之间界面的物理效应造成的能量损失。这些对能量转换的效率至关重要。www.e-conversion.de
