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操纵电子“旋转”显着提高了有机太阳能电池性能

时间：2021-09-10 10:25:03 来源：

LAB中的激光设置导致研究结果。

在新出版的研究中，研究人员详细说明了有机太阳能电池中的电子的“旋转”如何提高它们的性能，在追求便宜的高性能太阳能技术方面提供了重要突破。

有机太阳能电池，一种新型的太阳能电池，用于模仿植物光合作用的自然过程，可以彻底改变可再生能源 - 但目前缺乏与更昂贵的商业硅电池竞争的效率。

目前，有机太阳能电池可以实现多达12％的效率转化为电力，而硅基细胞的20％〜25％。

现在，研究人员已经发现，在这些太阳能电池中操纵电子的“旋转”显着提高了它们的性能，在追求便宜，高性能的太阳能技术方面提供了重要突破。

来自剑桥和华盛顿大学的研究人员今天在本质上发表，在科学家呼吁世界各地政府的几天内，以与将男人放在月球上的同样的驱动器上专注于太阳能呼唤“新的阿波罗任务来利用太阳的力量”。

有机太阳能电池使用大型碳基分子复制光合作用以收获阳光，而不是商业硅的太阳能电池中使用的无机半导体。这些有机电池可以非常薄，光和高度灵活，以及从类似于报纸的墨水印刷 - 允许比当前太阳能电池更快和更便宜的生产过程。

但一致性是一个主要问题。直到现在，科学家们努力了解为什么一些分子出乎意料地工作，而其他分子则漠不关心地表演。

Cambridge的Cavent实验室的研究人员开发了基于敏感的激光技术，以跟踪这些细胞中电子的运动和相互作用。为了他们的惊喜，团队发现，材料之间的性能差异可归因于“旋转”的量子特性。

“旋转”是与其角动量相关的粒子的性质，电子分为两个味道，“旋转”或“旋转”。太阳能电池中的电子可以通过称为“重组”的过程丢失，其中电子失去了它们的能量 - 或“激发”状态 - 并倒回称为“孔”的空状态。

研究人员发现，通过以特定方式布置电子“旋转”，它们可以阻止从“重组”的能量塌陷并增加电池的电流。

“这次发现非常令人兴奋，因为我们现在可以利用旋转物理来改善太阳能电池，我们以前没有以为过的东西。我们应该看到很快利用这件事的新材料和太阳能电池“剑桥Caventish实验室和Corpus Christi College的研究员Akshay Rao博士，他领导了与同事菲利普周和SimonGélinas博士的研究。

剑桥团队认为，出来的设计概念出现在这项工作中可以有助于缩小有机和硅太阳能电池之间的差距，使太阳能电池的大规模部署更近在咫尺。此外，这些设计概念中的一些也可以应用于有机发光二极管，一种新的和快速增长的显示技术，允许在手机和电视中更有效地显示。

“我们使用的激光技术在每秒大约一百万亿亿帧的情况下使超快电影在大约一百万亿亿帧中，允许我们监控灯光在设备中吸收的瞬间发生的事情，直到电流出现，”Gélinas添加。“通过这一点，我们已经确定了在良好有机太阳能电池中阻止电流损失的机制。

“现在我们可以专门设计如何收获这些过程的材料。”

剑桥太阳能电池的作品形成了利用物理学科学中利用高科技知识的更广泛的倡议，以解决气候变化和可再生能源等全球挑战。这项倡议由英国工程和物理科学研究委员会支持，剑桥，WINTON计划的可持续性物理。华盛顿大学的工作得到了美国国家科学基金会和美国海军研究办公室的支持

出版物：Akshay Rao等，“旋转在有机光伏中重组动力学控制中的作用，”2013; DOI：10.1038 / Nature12339

研究报告的PDF副本：有机光伏中重组的动力学控制：旋转的作用

图像：Akshay Rao博士


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