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Lo que controla la tasa de transferencia de carga ultrarrápida y la eficiencia de separación de carga en mezclas fotovoltaicas orgánicas
- Andreas C Jakowetz 1, Marcus L Böhm 1, Jiangbin Zhang 1, Aditya Sadhanala 1, Sven Huettner 2, Artem A Bakulin 1,3, Akshay Rao 1, Richard H Friend 1
- 1Cavendish Laboratory, Department of Physics, University of Cambridge , J J Thomson Avenue, Cambridge CB3 0HE, United Kingdom.
- 2Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften, University Bayreuth , Universitätsstrasse 30, 95440 Bayreuth, Germany.
- 3Department of Chemistry, Imperial College London , London SW7 2AZ, United Kingdom.
- 0Cavendish Laboratory, Department of Physics, University of Cambridge , J J Thomson Avenue, Cambridge CB3 0HE, United Kingdom.
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Resumen
Este resumen es generado por máquina.La transferencia eficiente de carga en los sistemas fotovoltaicos orgánicos (OPV) es clave para la energía solar. Este estudio revela que el tamaño y el embalaje de los agregados fullerenos, no solo los niveles de energía, controlan la eficiencia de la separación de cargas en los OPV.
Área De La Ciencia
- Ciencias de los materiales
- Las instalaciones fotovoltaicas
- Química Física
Sus Antecedentes
- La recolección eficiente de energía solar se basa en la separación de cargas en semiconductores moleculares como los fotovoltaicos orgánicos (OPV).
- Los excitones de Frenkel deben disociarse en las heterojunciones para generar cargas libres, un paso crítico para la eficiencia de conversión de potencia (PCE).
- La comprensión de la dinámica de transferencia de carga en sistemas modelo como las heterojunciones masivas de donantes y aceptadores de polímeros es crucial.
Objetivo Del Estudio
- Investigar la correlación entre la estructura electrónica, la morfología y las tasas de transferencia de electrones en los OPV.
- Determinar los factores que controlan la transferencia de carga y la eficiencia de separación con una alta resolución de tiempo.
Principales Métodos
- Espectroscopía de bomba-sonda con una resolución de tiempo inferior a 20 fs.
- Espectroscopía electro-óptica empuja-foto-corriente ultra rápida.
- Variación sistemática de la sustitución del fullereno y de la relación donante/fullereno para controlar el tamaño del agregado y la fuerza impulsora energética.
Principales Resultados
- Tiempos de transferencia de electrones observados desde 240 fs hasta 37 fs.
- Encontró que el rendimiento de carga libre es débilmente dependiente de la fuerza motriz energética.
- Se demostró una fuerte dependencia del rendimiento de la carga libre en el tamaño y envasado del agregado de fullereno.
Conclusiones
- El tamaño y el embalaje del agregado de fullereno son críticos para una separación eficiente de la carga, más que la fuerza impulsora energética.
- La accesibilidad estatal y la deslocalización de la carga son factores importantes para la generación eficiente de la carga.
- Proporciona principios de diseño para los materiales OPV de próxima generación para mejorar el PCE al minimizar las pérdidas de energía.
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