阿卜杜拉国王科技大学 使用复杂的激光装置，研究小组发现，与最近的报告相反，产生电荷需要相当大的电离能偏移
信用:2020 KAUSTAnastasia Serin 洞察影响光转化为电的能量损失有助于提高有机太阳能电池的效率
由六个研究小组的有机化学家、材料工程师、光谱学家和理论物理学家组成的KAUST领导的团队对有机光伏系统中的效率限制过程进行了广泛的评估
为了获取光，尖端的有机太阳能电池依赖于大块异质结，即光敏电子供体和受体材料的混合物
当光撞击异质结时，产生的激发态是成对的电子和带正电荷的空穴，它们需要被分离以产生电流
在电荷分离过程中，施主给受主提供电子，受主将空穴转移给施主
因此，太阳能电池的效率取决于两个关键因素:这些材料之间的电子亲和力偏移，这对应于受体获得电子并驱动电子转移的能力；电离能偏移表示施主释放电子的倾向，有利于空穴转移
非富勒烯受体(NFAs)最近生产的太阳能电池的转换效率接近20%，优于以前占主导地位的富勒烯受体
“这些创纪录效率的关键是材料的设计和合成，将有效的电荷产生与最小的能量损失相结合，”团队负责人弗雷德里克·拉奎解释说
“然而，能量补偿及其相关过程的确切作用尚不清楚，这阻碍了NFA系统设计规则的发展，”他补充道
为了解决这个问题，多学科团队设计了一种方法来监测影响23个不同NFA系统中电荷产生的光物理过程
“与我们的合作者，德国马克斯·普朗克高分子研究所的丹尼斯·安德烈延科，我们开发了一个简洁的模型，使我们能够将我们的实验观察与物理参数和化学结构联系起来，”研究科学家朱利安·戈伦洛特说
研究人员发现，与最近的报道相反，产生电荷需要相当大的电离能补偿
相比之下，电子亲和势偏移无论大小都不能引起电荷分离
这些意想不到的发现源于一个被称为福斯特共振能量转移的过程，这个过程似乎与电子转移竞争
博士后凯瑟琳·德卡斯特罗解释说，“这是混合物设计原则的直接结果，其中供体和受体呈现重叠的发射和吸收，这有利于能量转移
" 该团队计划设计新材料，将增强的电荷产生效率与更低的能量损失相结合
“这将有助于缩小与其他新兴光伏技术的效率差距，并使有机光伏技术更接近成熟和应用，”戈伦洛特说
这项研究发表在《自然材料》杂志上
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