如何设计有机太阳能电池材料

时间：2021-06-10 14:42:30 来源：

我们大多数人都熟悉硅太阳能电池，它可以在现代房屋的屋顶上找到。这些电池由两个硅层制成，其中包含不同的原子，例如硼和磷。结合后，这些层会将吸收的阳光产生的电荷引导至电极——这种(光)电流随后可用于为电子设备供电。

如何设计有机太阳能电池材料

有机太阳能电池的情况有些不同。在这里，两种有机材料混合在一起，而不是以分层结构排列。它们是不同类型分子的混合物。一种类型的受体喜欢从另一种类型的供体那里获取电子。为了量化这些材料之间发生“电子转移”的可能性，人们测量了每种材料的所谓“电子亲和力”和“电离能”。这些数量表明从分子中添加或提取电子是多么容易。除了决定有机太阳能电池的效率外，电子亲和能和电离能还控制其他材料特性，例如颜色和透明度。

通过配对供体和受体材料，人们可以制造出太阳能电池。在有机太阳能电池中，光粒子(“光子”)将它们的能量传递给电子。激发的电子会留下正电荷，称为“空穴”。这些电子-空穴对然后在两种材料之间的界面处分离，这是由电子亲和力和电离能的差异驱动的。

到目前为止，科学家们认为电子亲和能和电离能对于太阳能电池的功能同样重要。KAUST 和 MPI-P 的研究人员现已发现，在许多供体-受体混合物中，主要是两种材料之间的电离能差异决定了太阳能电池的效率。将在 KAUST 的 Frédéric Laquai 小组进行的光谱实验结果与由 Kurt Kremer 领导的部门的 Denis Andrienko 小组进行的计算机模拟相结合，允许精确的分子设计规则染料，旨在最大限度地提高太阳能电池的效率。

该研究的合著者 Denis Andrienko 说：“例如，在未来，可以想象生产只吸收人类可见范围之外的光的透明太阳能电池——但在这个范围内效率最高。”发表在《自然材料》杂志上。“有了这种太阳能电池，房屋的整个正面都可以用作活动表面，”拉奎伊补充道。

作者设想，这些研究将使他们能够达到 20% 的太阳能电池效率，这是业界对有机光伏应用具有成本效益的目标。

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