理解有机太阳能电池中电荷传输的突破

来自开姆尼茨理工大学CarstenDeibel教授和其他合作机构的凝聚态光学和光子学教授的研究人员目前正在共同研究由新型有机半导体制成的太阳能电池，这种太阳能电池可以使用既定的印刷技术制造或热蒸发法。

为了从根本上理解和进一步开发这类光伏材料，研究人员正在寻求一种强有力的跨学科方法，作为研究单位“来自非富勒烯受体的印刷和稳定有机光伏——流行”的一部分。在这里，化学和材料科学以及物理和数学的专业知识与印刷技术相结合。

“在开发资源高效的可再生能源方面，对有机光伏的研究极为重要，因为它们可以在室温下以高吞吐量进行处理，”同时也是POPULAR研究小组负责人的Deibel说。

“有机半导体是非常好的光吸收剂，因此太阳能电池中的光吸收层比晶体硅太阳能电池薄1,000倍，”开姆尼茨物理学教授说。与后者相反，有机太阳能电池不是高度有序的，而是无序的。“对于有机半导体中产生的电子和空穴通过阳光的传输，这意味着它们不会在高速公路上移动，而是在崎岖不平的道路上移动，有许多捕获电子或空穴的陷阱，并导致更慢但不是更低的电流流，”Deibel解释道。描述这种充满活力的景观的一种方法是状态密度。

惊人的见解：幂律描述了有机太阳能电池的状态密度

为了更好地理解有机太阳能电池中的电荷传输，Deibel和他的研究助理MariaSaladina以及纽伦堡-埃尔兰根大学、亥姆霍兹埃尔兰根-纽伦堡可再生能源研究所和德累斯顿HeliatekGmbH的同事制造了不同类型的有机太阳能电池太阳能电池，对它们进行了分析，并首次发现了电子缺陷景观。这是对有机太阳能电池的开路电压进行灵敏测量的结果——当没有电流流动时产生的电压，它是光生电子和空穴具有多少能量的量度。

测量是在宽范围的光强度和温度下进行的。对数据的评估表明，有机太阳能电池的状态密度的形状不能如先前假设的那样用高斯分布或指数分布来描述，而是用幂律来描述。“这意味着，与旧模型相反，太阳能电池中较小的开路电压位于能量范围内，那里有更多的陷阱。幸运的是，在有机太阳能电池在阳光照射下室温下的工作条件下，开路电压更高，状态密度包含更少的陷阱，”Saladina说。

研究成果发表在PhysicalReviewLetters上，文稿被选为Editors'Suggestions。尽管由于这些新见解，必须重新考虑有机太阳能电池的理论描述，但技术文章的作者估计，使用印刷或蒸镀技术生产高效有机太阳能电池没有根本性障碍。

“我们相信，用于太阳能电池的有机半导体的无序性质与大规模生产兼容的制造可能性直接相关，”Deibel说。

Saladina补充说：“我们已经意识到，决定有机太阳能电池中电荷传输和复合过程的态密度比以前假设的要复杂得多。”DFG研究单位POPULAR和Marie-Skłodowska-Curie博士也将面临与此相关的挑战。网络埃菲尔铁塔。