Квантовое явление управляет органическими солнечными элементами
banner
banner
banner
banner

Квантовое явление управляет органическими солнечными элементами

12
Quantum phenomenon governs organic solar cells

Исследователи из Университета Линчёпинга обнаружили квантовое явление, которое влияет на образование свободных зарядов в органических солнечных элементах. «Если мы сможем правильно понять, что происходит, мы сможем повысить эффективность», – говорит Олле Инганас, почетный профессор.

Докторант Цинчжэнь Бянь получил неожиданные результаты, когда он организовал эксперимент по оптимизации материала солнечных элементов, состоящий из из двух светопоглощающих полимеров и акцепторного материала. Олле Инганас, почетный профессор в Отделе биомолекулярной и органической электроники, попросил его повторить эксперимент, чтобы исключить возможность ошибок измерения. Раз за разом и в экспериментах, проводимых как в LiU, так и коллегами в Лунде, происходило одно и то же: крошечная периодическая форма волны продолжительностью в несколько сотен фемтосекунд появлялась в сигнатуре оптического поглощения в виде фототока, образовавшегося в материале солнечного элемента. Что происходило?

Объяснение опубликовано в Nature Communications .

Некоторый фон: когда свет в форме фотонов поглощается в полупроводящем полимере, образуется экситон. Экситоны являются связанными электронно-дырочными парами в полимере. Электроны не высвобождаются, и перенос зарядов, фототока, не возникает. Когда электронодонорный полимер смешивается с молекулой, которая принимает электроны, электроны могут высвобождаться. Тогда электронам нужно всего лишь сделать небольшой скачок, чтобы стать свободным, а потери энергии сведены к минимуму. Дыры и электроны переносят фототок, и солнечный элемент начинает вырабатывать электричество.

Это было хорошо известен давно. Тем не менее, замечательная форма волны появилась в эксперименте Цинчжэня Бяня.

«Единственное возможное объяснение – это то, что возникает когерентность между возбужденной системой и разделенными зарядами. Мы попросили квантовых химиков разобраться в этом, и результаты, которые мы получаем в повторных экспериментах, хорошо согласуются с их расчетами », – говорит Олле Инганас.

В квантовой шкале атомы вибрируют и вибрируют быстрее при нагревании. Именно эти колебания так или иначе взаимодействуют друг с другом и с возбужденной системой электронов: фазы волн следуют друг за другом, и возникает состояние когерентности.

«Согласованность помогает создавать заряды, которые дают фототок, который происходит при комнатной температуре. Но мы пока не знаем, почему и как», – говорит Олле Инганас.

Та же квантовая когерентность обнаружена в биологическом мире.

«Среди исследователей биофизики ведутся интенсивные дебаты о том, научились ли системы, использующие фотосинтез, использовать когерентность или нет. Я считаю маловероятным, что миллионы лет эволюция не привела к тому, что природный мир использовал это явление, – говорит Олле Инганас.

«Если бы мы поняли лучше, как образуются носители заряда и как контролируется процесс, мы должны иметь возможность использовать его для повышения эффективности органических солнечных элементов. Вибрации d зависит от структуры молекулы, и если мы сможем создать молекулы, способствующие увеличению фототока, мы также сможем использовать это явление в наших интересах », – говорит он.


0
Article Tags:

Оставьте комментарий

Интересное на сайте