分子振动降低了有机太阳能电池的最大可达光电电压

时间:2020-04-16 17:38 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

分子振动降低了有机太阳能电池的最大可达光电电压

德国德累斯顿大学和比利时哈塞尔大学的科学家们调查了限制基于有机分子材料的新型太阳能电池效率的物理原因。目前,这种电池的电压仍然过低,这是它们的效率仍然相对较低的一个原因。

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显著的贡献。这项研究已经发表在《自然通讯》杂志上。

太阳能电池是全球能源生产必要转型的高期望的结晶点。有机光电(口服脊髓灰质炎疫苗),这是基于有机,即碳基材料,可以适合成为重要支柱能源组合的“可再生能源”,因为他们有一个更好的生态资产负债表比传统硅基模块和只需要少量的材料生产薄膜。然而,进一步提高效率是必要的。它是基于各种特性值,如开路电压,其过低的值是目前仍然相当温和的OPV效率的一个主要原因。

这项研究调查了其中的物理原因,包括薄膜中分子的振动。结果表明,所谓的零点振动——一种描述绝对温度为零时运动的量子物理效应——会对电压损耗产生显著影响。证明了分子性质与宏观器件性质之间的直接关系。研究结果为新型有机材料的进一步开发和改进提供了重要信息。

光学吸收光谱的低能边对太阳能电池的性能起着至关重要的作用,但对于影响因素较多的有机太阳能电池,其低能边的作用还没有得到很好的认识。研究了分子共混体系中吸收带的微观来源及其在有机太阳能电池中的作用。重点研究了吸收特性随温度的变化规律,从理论上研究了分子振动对吸收特性的影响。模拟结果与实验测量的吸收光谱吻合得很好,得到了一些重要的发现。

作者发现,由电子-声子相互作用所介导的零点振动会引起相当大的吸收带宽。这将导致未使用的部分能量重新发射,从而降低开路电压。这些电压损失现在可以通过电子和振动分子参数来预测。不同寻常的是,这种效应即使在室温下也很强烈,可以显著降低有机太阳能电池的效率。作者们正在讨论在更多的系统和不同的异质结几何结构中可以应用哪些策略来减少这些振动引起的电压损失。

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