Ученые из исследовательской группы Центра развития электроники (cfaed) при Техническом университете Дрездена вместе с исследователями из Университета Хасселт в Бельгии изучили физические причины, которые ограничивают эффективность органических фотоэлементов.
Органические фотоэлементы основаны на органических, то есть углеродных материалах. Экологический баланс у них лучше, чем у обычных фотоэлементов на основе кремния. Кроме того, для тонких пленок при производстве фотоэлементов требуется лишь небольшое количество материала. Однако для их более широкого использования необходимо дальнейшее повышение эффективности, которое зависит от различных параметров, в том числе и напряжения холостого хода. Сегодня слишком низкое напряжение холостого хода является основной причиной все еще слишком низкой эффективности органических фотоэлементов.
В ходе исследования были изучены физические причины низкого напряжения холостого хода, в том числе колебания молекул в тонких пленках. Оказалось, что так называемые нулевые колебания могут оказывать существенное влияние на потери напряжения. Нулевые колебания — это эффект квантовой физики, который характеризует движение при абсолютном нуле температуры.
Авторы обнаружили, что нулевые колебания, опосредованные электрон-фононным взаимодействием, являются причиной значительного расширения полосы поглощения — это означает, что часть энергии снова излучается неиспользованной, а напряжение холостого хода уменьшается. Теперь исследователи могут прогнозировать эти потери напряжения по электронным и вибронным молекулярным параметрам. Необычно то, что этот эффект сильный даже при комнатной температуре и может значительно ограничивать эффективность органических фотоэлементов. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, авторы объясняют, какие стратегии обещают уменьшить эти потери напряжения, вызванные колебаниями, для большего числа систем и различной геометрии гетеропереходов.
Источник: https://www.solarserver.de/2020/03/23/photovoltaik-forscher-verstehen-organische-solarzelle-besser/