Excitoner har brug for plads til at adskille:Gratis bærerproduktion i organiske solceller

Solceller baseret på organiske molekyler tilbyder potentielle fordele i forhold til konventionelle enheder til at omdanne lys til elektricitet. Disse organiske solceller kunne være billige, holdbare og nemme at lave. Organiske celler har dog endnu ikke den ydeevne, der matcher konventionelle enheder. Forskeres bestræbelser på at forbedre ydeevnen er blevet begrænset af deres begrænsede forståelse af, hvordan elektroner exciteret af lys (eller "fotoexciterede") bliver "frie bærere."

I princippet flyder frie bærere hen over et materiale og opstår som en elektrisk strøm. Tidligere videnskabelige undersøgelser tyder på, at fotoexcitation fører til et tæt bundet par bestående af en elektron og et hul. Disse undersøgelser beskrev ikke, hvordan man kan overvinde de stærke bindingskræfter til at danne frie bærere. Denne nye undersøgelse afslører, at flere steder på nabomolekyler kan acceptere elektroner, hvilket forklarer, hvordan frie bærere dannes direkte.

Udgivet i Materials Horizons , udviklede denne forskning en ny model kaldet Distribution Range Electron Transfer (DRET). Tidligere modeller for generering af frie bærere i organiske solceller har generelt fremkaldt nye fysiske fænomener for at forklare eksperimentelle resultater. De har især sagt, at gratis transportører kan dannes med effektivitet, der nærmer sig 100 % i et materiale, hvor modsatte afgifter traditionelt er svære at adskille og bruge.

I denne nye undersøgelse foreslår forskere et enklere alternativ ved hjælp af veletablerede koncepter. De er afhængige af en simpel model af processer, der overfører elektroner i molekyler, kendt som Marcus-teorien, en model, som Rudy Marcus blev tildelt en Nobelpris for i 1992. Den nye DRET-model kunne låse op for nye veje til effektive organiske solceller.

Udviklet af forskere fra National Renewable Energy Laboratory (NREL), forklarer den nye model fri bærergenerering i organiske solceller ved hjælp af etablerede koncepter, herunder Marcus teori for elektronoverførsel, kombineret med en overvejelse af entropien forbundet med ladningsoverførselsgrænsefladen og mulighed for langtrækkende transferbegivenheder. Modellen viser, at eksisterende designregler for elektronoverførselsprocesser i opløsningsfase kan anvendes på organiske solcelleanlæg.

Disse regler omfatter for det første, at drivkraften beregnes ved hjælp af det velkendte Gibbs energiudtryk. For det andet, at reorganiseringsenergiens rolle identificeres. For det tredje identificeres faktorer, der styrer afstandsafhængigheden af ​​den elektroniske kobling.

Modellen passer til eksperimentelle data indsamlet ved hjælp af tidsopløste mikrobølgekonduktivitetseksperimenter for at kortlægge de normale, optimale og inverterede regimer for fri bærergenereringseffektivitet. Kvalitativ overensstemmelse med lang observeret adfærd i organiske fotovoltaiske enheder giver en samlet platform til at forstå produkterne af fotoinduceret elektronoverførsel i både opløsnings- og fastfasesystemer. Integration af denne nye model, der effektivt fanger den diskrete molekylære natur af komponenterne, der udgør den hierarkiske struktur af organiske solceller, kan gøre det muligt for forskere at udvikle materialer til mere effektive ladningsgenereringsprocesser. + Udforsk yderligere

Forskere observerer Marcus omvendte område for ladningsoverførsel fra lavdimensionelle halvledermaterialer