小分子可能是提高有机太阳能电池效率的关键

了解粒子如何通过设备传播对于提高太阳能电池的效率至关重要。KAUST的研究人员与一个国际科学家团队合作，现已制定了一套设计指南，以增强分子材料的性能。

当一束光或光子被半导体吸收时，它会产生一对称为激子的粒子。电子是这对电子的一部分。另一个是其带正电的等效物，称为孔。激子是电中性的，因此不可能通过施加电场使它们运动。相反，激子通过随机运动或扩散而“跳跃”。激子离解为电荷是产生电流所必需的，但在有机半导体中极不可能。

Yuliar Firdaus解释说：“因此，通常，我们需要混合两种半导体，即所谓的电子给体和电子受体，以有效地产生自由电荷。” “供体和受体材料相互渗透;最大化激子扩散长度(激子在重组和丢失之前可以传播的距离)对于优化有机太阳能电池的性能至关重要。

以前的许多有机太阳能电池是通过将聚合物与称为富勒烯的分子共混而制成的。但是最近，用其他有机材料(例如非富勒烯小分子)代替富勒烯在器件效率方面产生了令人印象深刻的改进。

Firdaus及其同事将光电流的测量与超快光谱结合起来，以计算各种非富勒烯分子的扩散长度。他们观察到非常长的激子扩散长度，范围在20到47纳米之间-富勒烯的5到10纳米范围特性得到了改善。

为了更好地理解这种改进，研究小组将描述分子晶体结构的数据与量子化学计算进行了比较。这样，他们可以确定分子化学结构与扩散长度之间的关键关系。建立了这些连接后，科学家们制定了一套规则，以帮助合成改进的材料，并最终帮助设计出具有更高转换效率的有机光伏器件。

Firdaus说：“下一步，我们计划研究膜的加工过程如何影响现有小分子受体的激子转移速率。” “我们也有兴趣翻译分子设计规则，以合成具有更好性能的新型受体材料。”

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