Открытие ученых Лаборатории Беркли при Министерстве энергетики США позволит улучшить производительность органических солнечных элементов и сделать их не только более экологически чистым источником солнечной энергии, чем обычные фотоэлементы, но еще и более эффективным.
В этом изображении, оптически возбужденных спин-синглов состоянии (красный), который имеет электронно-отверстие пары, делится на пару спин-тройку состояний (синий). Отдельные тройни имеют одинаковый и противоположный центр масс, они ведут себя как волны, движущиеся в противоположных направлениях вдоль кристалла. Серые и белые сферы представляют атомы углерода и водорода соответственно.
Исследователям удалось обнаружить источник сверхбыстрого и эффективного процесса, порождающего в органическом кристалле несколько переносчиков электрических зарядов от одной частицы света. Этот процесс так называемого синглетного деления обещает существенно увеличить производительность органических солнечных элементов благодаря быстрой конверсии солнечной энергии в электрические заряды и меньшей потери тепла. Ученые предложили новый механизм, объясняющий, как может осуществиться эта реакция всего за несколько фемтосекунд, прежде чем другие процессы успевают забрать энергию, сообщает EurekAlert!.
Благодаря более комплексному взгляду на структуру молекул, образующих органические кристаллы — в данном случае, на пентацен, состоящий из водорода и углерода — ученым удалось выявить присущую ему симметрию — повторяющиеся образцы в его атомной структуре. Эффективность синглетного деления сильно зависит от числа молекул, упакованных внутри повторяющегося «узора» кристалла, и от конкретного типа симметрии.
Связь между симметрией и производительностью, которую обнаружили исследователи, позволила им рассчитать возможность увеличения эффективности органического фотоэлемента, которая проявляется только в случае, если пары электрон — дырка в образце ведут себя как волнообразные объекты, проходящие через кристалл как волны по океану.
Понимание удвоения переносчиков заряда в материале поможет ученым лучше объяснить и воспроизвести эти процессы, например, технологию, которая используется в некоторых дисплеях для телефонов и сокращает число переносчиков заряда, как в случае триплетного слияния, говорит Джефри Нитон, один из руководителей проекта.
