Fangen einige Strahlen Organische Solarzellen einen Sprung nach vorne machen, Argonne National Laboratory
Gezeichnet zusammen durch die Kraft der Natur, sondern auseinander gezogen durch die Kraft des Menschen - es klingt wie die Kulisse für eine Liebesgeschichte, aber es ist auch eine grundlegende Beschreibung, wie die Wissenschaftler begonnen haben, effiziente organische Solarzellen zu machen.
Auf atomarer Ebene funktionieren organische Solarzellen wie die verfeindeten Familien in Romeo und Julia. Es gibt eine starke natürliche Anziehung zwischen den positiven und negativen Ladungen, die ein Photon erzeugt, nachdem er die Zelle trifft, sondern um die Energie zu erfassen, müssen diese Kosten getrennt gehalten werden.
Wenn diese Gebühren noch miteinander verbunden, werden sie als ein Exziton Wissenschaftlern bekannt. „Die eigentliche Frage, dass diese Arbeit zu beantworten versucht, ist, wie ein Material zu entwickeln, die die Exzitonen weniger Energie benötigen machen Aufspaltung“, sagte Senior Chemiker Lin Chen von der US-Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory.
Exzitonen kann als eine Art gedacht werden „Quasiteilchen“, sagte Chen, weil sie bestimmt einzigartiges Verhalten zeigen. Wenn die beiden geladenen Regionen der Exzitonen - das Elektron und ein Bereich als „Loch“ bekannt ist - nahe beieinander sind, sind sie schwer auseinander hebeln.
„Je näher das Loch und die Elektronen Regionen innerhalb eines Exziton sind, desto eher werden sie ohne die Erzeugung von Strom rekombinieren“, sagte Chen.
Wenn Energie zu dem System hinzugefügt wird, beginnen jedoch die Ladungen zu trennen, um die Elektronen und Löcher völlig frei zu machen und schließlich die Möglichkeit eingeräumt Strom zu erzeugen und Strom zu extrahieren
„Je näher das Loch und die Elektronen Regionen innerhalb eines Exziton sind, desto eher werden sie ohne die Erzeugung von Strom rekombinieren“, sagte Chen. „Aber wenn sie bereits‚vorseparierten‘oder polarisiert, desto wahrscheinlicher sind sie von dieser potentiellen Falle zu entkommen und effektive Ladungsträger werden.“
In dem neuen Experiment, Chen und ihre Kollegen untersucht, wie vier verschiedene Moleküle in der Polymerschicht in der Mitte einer Solarzelle unterschiedliche Exzitonendynamik erzeugt. Sie entdeckten, dass stärker polarisiert Exzitonen ergab effizientere polymerbasierten Solarzellen.
„Wenn die herkömmliche Exziton, direkt nachdem es erzeugt wird, um das Loch und Elektron enthält in fast der gleichen Stelle, diese neuen Materialien ein Exziton erzeugen, die viel mehr polarisiert am Anfang ist“, sagte Chen. Derzeit prüft die Zusammenarbeit im Team neue Materialien für hocheffiziente organische Solar auf diesen Erkenntnissen basierten Zellen.
Organische Solarzellen haben noch einen weiten Weg zu gehen, nahe der Effizienz ihrer anorganischen, siliziumbasierten Konkurrenten zu bekommen, aber sie bleiben viel attraktiver aus Kostengründen. Weitere Erforschung der elektronische Dynamik der organischen Photovoltaik wesentlich ist, um ihre Effizienz zu verbessern und somit die Fertigung von Solarstrom Kosten wettbewerbsfähig mit konventionellen Energiequellen, sagte Chen.
Die Arbeit wurde in der Zeitschrift der American Chemical Society vor kurzem veröffentlicht.
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