分子振動會降低有機太陽能電池中可達到的最大光電壓

（文章來源：科技報告與資訊）

德國德累斯頓工業(yè)大學的和比利時哈塞爾大學的科學家研究了限制有機分子材料太陽能電池效率的物理原因。目前，此類電池的電壓仍然過低，這也是其效率較低的原因之一。

在他們的研究中，通過研究薄膜中分子的振動，科學家們能夠證明非?；镜牧孔有?，即所謂的零點振動，可以對電壓損耗做出重大貢獻。該研究現(xiàn)已發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。

太陽能電池是全球能源生產(chǎn)轉(zhuǎn)變的重要節(jié)點。基于有機材料（即碳基材料）的有機光伏（OPV）有望成為“可再生能源”結(jié)構(gòu)中的重要支柱，因為與常規(guī)的硅基光伏材料相比，它們具有更好的生態(tài)性能，僅需少量材料即可生產(chǎn)薄膜。但是，必須進一步提高效率。它基于各種特性值，例如開路電壓，其值太低目前是OPV效率仍然不高的主要原因。

該研究調(diào)查了造成這種情況的物理原因，包括薄膜中分子的振動。結(jié)果表明，所謂的零點振動（一種量子物理學的效應，表征了絕對溫度為零時的運動）可以對電壓損耗產(chǎn)生重大影響。證明了分子性質(zhì)和宏觀器件性質(zhì)之間的直接關(guān)系。研究結(jié)果為進一步開發(fā)和改進新型有機材料提供了重要信息。

光學吸收光譜的低能量邊緣對于太陽能電池的性能至關(guān)重要，但是對于具有許多影響因素的有機太陽能電池而言，人們對此尚不了解。在本研究中，研究了分子共混體系中吸收帶的微觀起源及其在有機太陽能電池中的作用。重點是吸收特性的溫度依賴性，這是在考慮分子振動的情況下進行理論研究的。模擬與實驗測量的吸收光譜非常匹配，過程中也有許多重要發(fā)現(xiàn)。

作者發(fā)現(xiàn)，由電子-聲子相互作用介導的零點振動會引起相當大的吸收帶寬。這導致釋放了一部分能量，該能量未被使用，因此降低了開路電壓?，F(xiàn)在可以從電子和振動分子參數(shù)預測這些電壓損失。不尋常的是，即使在室溫下，這種作用也很強，并且會大大降低有機太陽能電池的效率。哪些方法可以減少這些振動引起的電壓 作者正在討論對于大量系統(tǒng)和不同異質(zhì)結(jié)幾何形狀可能應用的損耗。
（責任編輯：fqj）