快速移动的电子在有机太阳能电池中产生电流

星期五发表在《科学进步》杂志上的一篇论文指出，普渡大学的研究人员已经发现了一种机制，可以使有机太阳能电池产生电荷，从而解决物理学中长期存在的难题。

图片说明：激子（电子-空穴对）之间的界面形成的有机分子（有机半导体）和单层WS2（无机半导体）。这种界面激子的解离对于有机太阳能电池的功能是必要的。

有机太阳能电池是用软分子建造的，而无机太阳能电池，通常是硅基，用更坚固的材料建造。硅电池目前在该行业占据主导地位，但它们昂贵而呆板，而有机电池具有轻便、灵活和廉价的潜力。缺点是在有机细胞中产生电流要困难得多。

要产生电流，两个粒子，一个带负电荷（电子）和一个带有正电荷（电子空穴）的粒子，尽管被紧密地结合在一起，它们必须分开。这两个粒子形成一个激子，通常需要一个人工的界面来分离它们。界面通过电子受体吸引电子，并留下空穴。即使有了接口，电子和空穴仍然相互吸引——还有另一种机制可以帮助它们分离。

我们发现这种电子-空穴界面不是单一的静态状态。电子和空穴可以分开或合在一起，和远他们，他们越有可能是分开的，”李百皇说，在普度大学化学助理教授，该研究的负责人。“当它们相距很远的时候，它们实际上是非常机动的，而且移动得相当快。我们认为，正电荷和负电荷之间的这种快速运动是在这些界面上驱动分离的原因。

有机太阳能电池很难研究，因为它们很乱——它们看起来像一碗意大利面条，黄说。有许多接口要看，而且它们非常小。

“在那个尺度上做光谱学真的很难。黄说：“这些州也不会活得很长，所以你需要一个很短的时间分辨率。”。“我们开发了一种称为超快显微镜的工具，我们将时间和空间分辨率结合起来，基本上看在很小的时间内发生在快速时间尺度上的过程。”

即使这样，空间分辨率也不够好，所以黄的实验室创造了一个大的二维界面，以在分子的无序排列中创造秩序。她说：“解决这个问题的方法是双重的：超快显微镜和接口。

了解激子是如何分开的，可以帮助研究人员为有机太阳能电池设计新的接口。黄说，这也可能意味着有太阳能电池材料有待开发。