慕尼黑工业大学的一个研究小组通过加入有机染料，在有机太阳能电池技术上取得了重大进展。这些染料促进了激子的运动，对能量转换至关重要，从而提高了太阳能电池的效率。他们的工作为有机太阳能电池和发光二极管开辟了新的可能性，为更可持续的能源解决方案提供了潜力。
太阳为地球提供了大量的能量，但太阳能电池总是会损失一些能量。这是使用有机太阳能电池的一个障碍，特别是对于那些在创新应用中可行的电池。
提高其效率的一个关键因素是改善材料中积累的太阳能的传输。慕尼黑工业大学(TUM)的一个研究小组现在已经证明，某些有机染料可以帮助建造虚拟高速公路。
有机太阳能电池很轻，非常薄的能量收集器，作为一种柔性涂层，几乎适合任何表面:基于有机半导体的太阳能电池开辟了一系列应用的可能性，例如，作为太阳能电池板和薄膜，可以卷起，或者用于智能设备。
但在许多应用中的一个缺点是材料中收集的能量传输相对较差。研究人员正在研究有机太阳能电池的基本传输过程，以找到改善这种传输的方法。
Frank Ortmann是这些研究人员之一，他是TUM光谱学理论方法教授。他和他来自德累斯顿的同事们更关注光和物质之间的相互作用，特别是所谓的激子的行为。
Frank Ortmann教授(右)和Maximilian Dorfner教授讨论如何提高有机太阳能电池的效率。资料来源:S. Reiffert / TUM
“激子就像太阳的燃料，必须得到最佳的利用，”奥特曼解释说，他也是“电子转换”卓越集群的成员。“当光子形式的光能与太阳能电池的材料碰撞时，它被吸收并缓冲为激发态。这种中间态被称为激子。”
这些电荷在到达一个特殊设计的界面之前不能用作电能。奥特曼和他的团队现在已经证明，所谓的激子传输高速公路可以用有机染料制造出来。
激子尽可能快地到达这个界面之所以如此重要，是因为激子的寿命很短。“传输越快、越有针对性，能量产量就越高，因此太阳能电池的效率也就越高，”奥特曼说。
由于其化学结构和出色的吸收可见光的能力，被称为醌类merocyanine的有机染料分子使这一切成为可能。因此，它们也适合用作有机太阳能电池的有源层，奥特曼解释说。
利用光谱测量和模型，研究人员能够观察到激子在染料分子中的快速运动。奥特曼补充说:“我们的设计提供的1.33电子伏特的值远远高于有机半导体的值——你可以说有机染料分子形成了一种高速公路。”
这些基础性的新发现可能为有机固体物质中定向的、更有效的激子传输铺平道路，加速有机太阳能电池和性能更高的有机发光二极管的发展。
参考文献:“有机半导体中的定向激子传输高速公路”，作者:Kai m
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