阿卜杜拉国王科技大学 基于有机半导体硫氰酸铜的双层太阳能电池为激子扩散研究提供了新的平台
信用:KAUST 理解粒子如何穿过一个装置对于提高太阳能电池的效率至关重要
KAUST的研究人员与一个国际科学家团队合作，现在已经开发了一套提高分子材料性能的设计指南。
当一包光或光子被半导体吸收时，它会产生一对称为激子的粒子
一个电子是这一对的一部分；另一个是它的带正电荷的等价物，叫做空穴
激子是电中性的，所以不可能通过施加电场使它们运动
相反，激子通过随机运动或扩散“跳跃”
激子离解成电荷是产生电流所必需的，但在有机半导体中是极不可能的
“因此，我们通常需要混合两种半导体，即所谓的电子供体和电子受体，以有效地产生自由电荷，”尤利亚·弗道斯解释说
“供体和受体材料相互渗透；最大化激子扩散长度——激子在复合和丢失之前可以行进的距离——对于优化有机太阳能电池的性能至关重要
许多以前的有机太阳能电池是通过将聚合物与分子混合制成的，这种分子被称为富勒烯
但最近，用非富勒烯小分子等其他有机材料代替富勒烯，在器件效率方面取得了令人印象深刻的进步
菲尔道斯和他的同事将光电流的测量和超快光谱结合起来，计算了各种各样的非ullerene分子的扩散长度
他们观察到非常长的激子扩散长度，在20到47纳米的范围内——比富勒烯特有的5到10纳米范围有所改进
为了更好地理解这种改进，该团队将描述分子晶体结构的数据与量子化学计算进行了比较
通过这种方式，他们可以确定分子的化学结构和扩散长度之间的关键关系
随着这些联系的建立，科学家们开发了一套规则来帮助合成改进的材料，并最终帮助设计具有改进的转换效率的有机光伏器件
“接下来，我们计划研究薄膜加工过程如何影响现有小分子受体的激子转移速率，”菲尔道斯说
“我们还对翻译分子设计规则以合成性能更好的新受体材料感兴趣
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