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有機半導體激子擴散距離大提升
2010-10-15 來源:科技日報
關鍵詞:偏振分辨感光電流光譜 弗倫克爾激子 萬尼爾激子 有機半導體 紅熒烯
    據(jù)物理學家組織網(wǎng)10月11日報道,美國羅格斯大學研究人員發(fā)現(xiàn),激子在有機半導體晶體紅熒烯中的擴散距離是以前認為的1000多倍,該距離與激子在制備無機太陽能電池的硅、砷化鎵等材料中的距離相媲美?茖W家認為,新的研究發(fā)現(xiàn)有望讓有機太陽能電池的成本更低、性能更卓越,或許可以取代硅基太陽能電池。相關研究論文發(fā)表在《自然—材料學》雜志在線版上。
    羅格斯大學的助理教授瓦伊塔利·波德茲瑞福表示,科學界一直使用有機半導體來制造太陽能電池和其他產(chǎn)品,因為,有機半導體能夠建造在大的塑料薄片上。但是,有機半導體有限的光伏轉(zhuǎn)化效率限制了其在太陽能領域的發(fā)展,但新發(fā)現(xiàn)可以加速有機太陽能電池的研發(fā)速度。
    波德茲瑞福和同事發(fā)現(xiàn),激子在超純凈的晶體有機半導體紅熒烯中的行進距離是以前認為的1000多倍。而此前,研究人員觀測到的激子在有機半導體中的行進距離不足200納米。
    波德茲瑞福表示,這是科學家首次觀察到激子在有機半導體中可行進幾微米——其擴散距離從2微米到8微米不等,這個距離與激子在制備無機太陽能電池的材料硅、砷化鎵中的擴散距離相媲美。而激子的擴散距離越遠,可以吸收的太陽光越多。
    波德茲瑞福解釋道,當激子碰撞到半導體的邊界或結(jié)點時,電子移動到結(jié)點的一邊,電子空穴移動到另一邊,產(chǎn)生光伏電流。如果激子的擴散距離不到1納米,僅僅離邊界或結(jié)點最近的激子才會產(chǎn)生光伏電流,這也是為何目前有機太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率偏低的原因。
    研究人員指出,激子通?煞譃槿f尼爾(Wannier)激子和弗倫克爾(Frenkel)激子。萬尼爾激子在晶格中移動得更快,因此,其產(chǎn)生光電的屬性更加突出。進一步發(fā)現(xiàn),有機半導體紅熒烯晶體內(nèi)的激子的行為更像無機晶體中的萬尼爾激子的行為。而之前,科學家以為,有機半導體中只會出現(xiàn)弗倫克爾激子。因此,該實驗證明,激子擴散的障礙不是有機半導體的固有障礙,進一步的研究有望研發(fā)出效率更高、可批量生產(chǎn)的有機太陽能電池。
    研究人員也發(fā)明了一種新的技術(shù)—偏振分辨感光電流光譜,來分離晶體表面的激子,并且產(chǎn)生大的感光電流,這種技術(shù)也可以用于其他物質(zhì)。
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(藍劍)
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