分子水平的变化使有机太阳能电池的效率大幅提升
有机太阳能电池 (OSC) 是传统无机太阳能电池的有前途的替代品，它具有许多特性，使它们成为绿色未来的关键参与者。其中一个特性是可调节的化学性质，这使得科学家能够精确调整或修改化学系统的性质，以实现预期结果。现在，来自日本的研究人员已经对其进行了调整，以提高能量转换效率。在最近发表在《应用化学国际版》上的一项研究中，大阪大学的研究人员报告了一种新型有机半导体，其能量转换效率优于公认的标准。
OSC 重量轻、柔韧，可以大规模生产，成本相对较低。因此，它们在农业光伏等应用中前景广阔，农业光伏是指利用大面积土地同时种植农作物和将太阳能转化为电能。
通常，OSC 包含两个有机半导体，一个用于传输称为电子的电荷载体（受体），另一个用于传输称为空穴的其他载体（供体）。当激子（电子和空穴的组合）分裂成这些载体时，半导体中就会产生电流，从而产生电子空穴对。激子紧密结合在一起，但具有足够能量的阳光可以使它们分离并产生电流。
“降低分解激子所需的能量——激子结合能——可以更容易地将光转换成所需的电流，”这项研究的主要作者 Seihou Jinnai 解释说。“因此，我们专注于影响结合能的因素，其中之一就是电子和空穴之间的距离。如果增加这个距离，那么结合能就会降低。”
本研究中开发的有机半导体概述。图片来源：大阪大学
研究人员设计了一种分子，其侧基具有将容纳电子和空穴的分子部分分开的作用。合成的分子与供体材料一起用作本体异质结 OSC 中的受体，与公认标准相比，该系统显示出更高的能量转换效率。该分子还作为 OSC 的单一成分进行了测试，并显示出更好的光到电流的转换效果。
“我们设计的分子表明，受体分子中侧单元的性质是激子行为及其效率的关键，”资深作者 Yutaka Ie 说道。“这一结果为通过调整化学反应实现 OSC 应用提供了重要的证明。”
研究结果表明，有机半导体具有合理设计的潜力，有望催生出包括高性能 OSC 和波长选择性透明 OSC 在内的新器件。性能的全面提升也有望增强 OSC 在大规模光伏应用中的潜力，从而自然而然地带来绿色能源替代品。
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