分子振动会降低有机太阳能电池中可达到的最大光电压

（文章来源：科技报告与资讯）

德国德累斯顿工业大学的和比利时哈塞尔大学的科学家研究了限制有机分子材料太阳能电池效率的物理原因。目前，此类电池的电压仍然过低，这也是其效率较低的原因之一。

在他们的研究中，通过研究薄膜中分子的振动，科学家们能够证明非常基本的量子效应，即所谓的零点振动，可以对电压损耗做出重大贡献。该研究现已发表在《Nature Communications》杂志上。

太阳能电池是全球能源生产转变的重要节点。基于有机材料（即碳基材料）的有机光伏（OPV）有望成为“可再生能源”结构中的重要支柱，因为与常规的硅基光伏材料相比，它们具有更好的生态性能，仅需少量材料即可生产薄膜。但是，必须进一步提高效率。它基于各种特性值，例如开路电压，其值太低目前是OPV效率仍然不高的主要原因。

该研究调查了造成这种情况的物理原因，包括薄膜中分子的振动。结果表明，所谓的零点振动（一种量子物理学的效应，表征了绝对温度为零时的运动）可以对电压损耗产生重大影响。证明了分子性质和宏观器件性质之间的直接关系。研究结果为进一步开发和改进新型有机材料提供了重要信息。

光学吸收光谱的低能量边缘对于太阳能电池的性能至关重要，但是对于具有许多影响因素的有机太阳能电池而言，人们对此尚不了解。在本研究中，研究了分子共混体系中吸收带的微观起源及其在有机太阳能电池中的作用。重点是吸收特性的温度依赖性，这是在考虑分子振动的情况下进行理论研究的。模拟与实验测量的吸收光谱非常匹配，过程中也有许多重要发现。

作者发现，由电子-声子相互作用介导的零点振动会引起相当大的吸收带宽。这导致释放了一部分能量，该能量未被使用，因此降低了开路电压。现在可以从电子和振动分子参数预测这些电压损失。不寻常的是，即使在室温下，这种作用也很强，并且会大大降低有机太阳能电池的效率。哪些方法可以减少这些振动引起的电压 作者正在讨论对于大量系统和不同异质结几何形状可能应用的损耗。
（责任编辑：fqj）