Eficiencia cuántica externa por encima del 100% en una célula fotovoltaica orgánica basada en la fisión de excitones...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La energía fotovoltaica es fotovoltaica.
• Electrónica orgánica y electrónica orgánica.

Sus antecedentes:

• La fisión de excitón singlet (SEF) es un proceso fotofísico en el que un excitón singlet de alta energía se divide en dos excitones triplet de baja energía.
• El SEF eficiente en materiales orgánicos ofrece una vía para superar el límite de Shockley-Queisser en las células solares, duplicando potencialmente la generación de fotocorriente de fotones de alta energía.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar las células solares orgánicas (OSCs) que utilizan la fisión de excitones singlet en pentaceno para mejorar la fotocorriente.
• Investigar la eficiencia y los mecanismos subyacentes del SEF en las OSC basadas en pentaceno.

Principales métodos:

• Fabricación de OSCs que incorporan una capa activa de pentaceno, un aceptor de fullereno y una capa de confinamiento de excitones de poli (hexil 3-tiofeno) (P3HT).
• Utilizó un esquema de captura óptica convencional para mejorar la absorción de luz dentro de la capa de pentaceno.
• Eficiencia cuántica externa (EQE) y eficiencia cuántica interna (IQE) medida en función de la longitud de onda.
• Analizó el efecto del campo magnético sobre la fotocorriente para sondear la dinámica y el rendimiento del excitón triple.

Principales resultados:

• Se logró una eficiencia cuántica externa máxima (EQE) de (109 ± 1) % a 670 nm para una película de pentaceno de 15 nm de espesor.
• Se determinó una eficiencia cuántica interna (EQI) correspondiente de (160 ± 10) por ciento.
• El análisis del efecto del campo magnético indicó un rendimiento triple cercano al 200% para las películas de pentaceno de más de 5 nm de espesor, consistente con un SEF eficiente.

Conclusiones:

• Las células solares orgánicas que explotan la fisión del excitón singlete en el pentaceno pueden lograr una generación de fotocorriente superior a un electrón por fotón incidente.
• La arquitectura y los materiales del dispositivo demostrado permiten una generación eficiente de carga a través de SEF, destacando su potencial para la próxima generación de sistemas fotovoltaicos.
• Los resultados apoyan fuertemente la viabilidad de SEF como una estrategia para aumentar significativamente el rendimiento de las células solares orgánicas.