量子力学为更稳定的有机太阳能电池铺平了道路

时间：2021-06-04 13:03:51 来源：

量子力学可用于制造更稳定、更容易生产的有机太阳能电池。这些是哥德堡大学新研究的结果。

与传统的硅基太阳能电池相比，有机太阳能电池具有许多优点。它们可以使用印刷机大规模廉价制造，并且它们重量轻、可塑性强且灵活。问题是今天的有机太阳能电池不如硅基太阳能电池稳定和有效。在一项新研究中，一个研究小组已经解决了这个问题，并找到了一种可以开发出更具成本效益的太阳能电池技术的方法。

“利用量子效率来改变不同的化学和材料特性有很好的机会。在这项研究中，我们提出了一种方法，可以增加有机材料中的能量扩散。这使我们能够制造结构更简单的有机太阳能电池， ”该研究的主要作者、哥德堡大学物理化学教授 Karl Börjesson 说。

基本上，这是关于确保太阳能电池中的能量有效地转移到正确的地方。有机太阳能电池包含两种材料，从太阳吸收的能量需要扩散 - 传播 - 到材料之间的界面。但是扩散是一个无效的过程，因为能量传输缓慢，并且有可能在到达该界面之前以热量的形式损失掉。解决方案是在太阳能电池中混合两种材料以减少距离，从而使能量更快地到达界面。不幸的是，这也导致太阳能电池不处于热力学平衡，随着时间的推移，设计的耐用性不如预期。

研究人员表明，新方法允许能量传输更远的距离，这意味着可以避免太阳能电池中材料的复杂混合。该方法背后的关键是量子效应，其中光和材料结合成混合光物质状态。

“当我们强烈地耦合光和物质时，能量会分散在整个系统中。如果系统——就像在这种情况下——由多种材料组成，能量可以被引导到界面。我们在研究中表明当材料强耦合时，能量会更快地传输到界面。这意味着太阳能电池中的材料不需要物理混合，因为它们是在量子水平上混合的。这也导致系统处于热力学平衡，“ Karl Börjesson 说。

根据 Börjesson 的说法，这一发现可以影响有机太阳能电池的制造方式，因为可以提高它们的耐用性，同时可以用简单的分层结构制造太阳能电池。他还指出，这项研究实际上是自然界中已经发现的一个概念的产物。

“大自然利用分子之间的强耦合在光合作用中有效地转移太阳能。原则上，我们已经证明相同的基本概念可以应用于有机太阳能电池。”

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