Forskning forklarer, hvordan faseadskillelse påvirker effektiviteten i organiske solceller

Nyligt teoretisk arbejde udført på NIST Center for Nanoscale Science and Technology forklarer den overraskende lille effekt af faseadskillelse i makroskala på den samlede effektivitet af blandede organiske fotovoltaiske (OPV) materialer ved at vise, at elektroner effektivt kan grave sig gennem et hudlag for at komme til enheden 's katode.

OPV'er består af to typer organiske molekyler, elektrondonorer og elektronacceptorer, som er ensartet blandet i hele materialets volumen. I en OPV, lys fotoexciterer et bundet elektron-hul-par, som adskilles i grænsefladen mellem donor og acceptor.

De adskilte gratis gebyrer migrerer til forskellige kontakter, genererer en elektrisk strøm. Valget af elektrodemateriale er afgørende for driften af ​​OPV. Katoden skal fortrinsvis opsamle elektroner, og anoden skal fortrinsvis samle huller.

Nylige undersøgelser af OPV-materialer udført ved CNST og andre steder afslørede et donorrigt hul, der transporterer hudlag nær katoden.

Denne faseadskillelse, eller høj hulkoncentration, skyldes den mindre overfladeenergi af donor-katode-grænsefladen i forhold til acceptor-katode-grænsefladen.

Det faktum, at elektronopsamleren for det meste har huller i sin nærhed, synes at være en hindring for ladningsopsamling og overordnet effektivitet.

Imidlertid, forholdet mellem opsamlet og exciteret ladning er stadig højt. Ved at udvide tidligere udviklede modeller til at tage højde for makroskopisk faseadskillelse, det blev teoretisk bestemt, at ladninger ret nemt kan "klemme" gennem områder med reduceret tæthed.

Denne effekt forklarer den relativt godartede indflydelse af hudlaget på enhedens samlede ydeevne. Arbejdet viser, at faseadskillelse af katodehudlag ikke bør være en hindring for udviklingen af ​​højeffektive OPV'er.