2018年1月25
虽然是一个新兴市场对有机太阳能电池,他们组成的材料更丰富,更便宜,也更环保比采用典型的太阳能电池板,他们也往往是低效率比标准太阳能电池将太阳光转换为电能。欧洲杯足球竞彩
在这幅图片中,一个光兴奋spin-singlet状态(红-以电子空穴对)分裂成两个spin-triplet州(蓝色)。个人三胞胎有大小相等,方向相反质量重心动量——他们像海浪朝着相反的方向沿着晶体。灰色和白色球体代表碳和氢原子,分别。(图片来源:Florian Brown-Altvater /伯克利实验室)
最近,科学家们是激发态的计算研究中心的成员现象在能源材料(C2SEPEM),新能源相关材料科学中心位于美国能源部欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室),成功地解决一个谜,可能导致效率收益。
他们强调了一个有效的来源和超快过程,生成了大量电荷的载体从一个光粒子在有机晶体,这被认为是积分这大大流行的太阳能电池。
这个过程,称为“单线态裂变”,因为它是类似于核裂变的原子核分裂,产生两个较轻的原子从一个重——被证明是有前途的显著提高有机太阳能电池的效率通过快速将更多阳光的能量转换成电荷,而不只是失去的热量。
研究小组发现了一种新的机制描述这个反应如何发生在仅仅几十飞秒(此秒),在其他各种竞争效应可以偷走他们的能量。他们的研究已经刊登在12月29日的《物理评论快报》杂志上。
“我们发现了一种新的机制,允许我们去设计更好的材料,”欧洲杯足球竞彩主任史蒂文·g·路易说C2SEPEM, DOE-supported中心,包括伯克利实验室的研究人员;加州大学洛杉矶分校;德克萨斯大学奥斯汀分校;乔治亚理工学院。路易,也是此项研究的领导者,也是一个高级教员科学家在伯克利实验室材料科学部门,加州大学伯克利分校的物理学教授。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
C2SEPEM集中于开发方法,理论,和软件,以协助解释困难的过程在能源相关材料。欧洲杯足球竞彩
在分裂过程中,复合粒子组成的一个电子,它由一个负电荷,和其合作伙伴洞——空电子位置的材料的原子结构就像一个带一个正电荷粒子——迅速转换成两个电子空穴对。这双打带电物质而防止损失的潜在能量以热的形式。
有许多我们还不了解这一过程的基础物理晶体材料,我们希望能更清楚地了解。欧洲杯足球竞彩
我们开发了非常预测的计算方法,我们用它来理解单线态裂变以一种新的方式,可能会让我们设计材料更有效地收集光,例如。欧洲杯足球竞彩
杰弗里·b·Neaton C2SEPEM副主任
Neaton也是伯克利分校能源科学实验室,实验室主任助理主任伯克利实验室的分子铸造,和加州大学伯克利分校的物理学教授。欧洲杯线上买球
路易考虑这样的事实,许多过去的努力集中在只有少数分子内部的材料——在这种情况下,并五苯的结晶形式,它是由碳和氢组成的,了解这些奇异的效果。但这些方法可能过于简单化的影响驾驶单线态裂变。
“有很多理论努力尝试理解发生了什么,”他说。
在最近的研究中,研究小组开始大规模的整体结构的结晶并五苯的对称——原子的重复模式框架。
“这就像试图解释海洋通过看分子或查看整个波,“费利佩·h·达·Jornada说,该研究的一位联席作者与息汪月Refaely-Abramson。两者都是隶属于C2SEPEM除了博士后伯克利实验室和加州大学伯克利分校的研究人员。
“我们的方法直接捕获整个晶体”,不管大小,他指出。
团队利用计算部分在伯克利实验室的分子进行铸造,和超级计算资源实验室的国家能源研究科学计算中心为了开发,模型,然后测试他们的裂变过程的新理论。
“我们相信这些理论也可以应用于不同的材料,”欧洲杯足球竞彩Refaely-Abramson说,”,从这个意义上说,理论是非常重要的。”实验早些时候错过了一些重要的线索在单线态裂变晶体结构的作用机制。
研究得出结论,为了这些电子空穴对,有效的双采样材料会呈现出一种特殊的对称,或重复的组合分子,在其晶体结构——就像一个房间的地板上能够显示大量的简单,重复模式使用相同的瓷砖。
单线态裂变过程的有效性在很大程度上似乎取决于分子的数量包装在每个重复模式或“主题”水晶,和在一个特定类型的对称有180度的旋转和镜像的这些图案。这个效率和对称性的关系,研究人员发现,允许他们强大的预测的效率完成裂变。
这些预测可以是可能的,不过,如果电子空穴对在示例作为波状的物体通过遍布整个晶体,就像在一个海洋。这种方法还提供新的见解关于分裂过程,以及最近对如何发展必须像波浪传播方向相反。
仍然有许多步骤,必须制定以使这些发现更适用于实际应用,研究人员强调。在太阳能电池,例如,电子必须胜任地解放与孔配对为了收获他们的能量,提高太阳能电池板的性能。
理解航空公司收取材料的翻倍也可以使研究人员能够更好的解释和工程师反向过程,——如中使用的技术的一些手机显示的数量减少电荷载体(这一过程被称为三联体融合),Neaton说。
路易认为研究的多学科小组聚集,C2SEPEM中心的一个重要方面,确实发挥了至关重要的作用在推出新思维为了解决一个几十年的问题。“这是第一个重要的话题,我们可以解决,现在来实现,”他说。
分子的铸造和·东都是美国能源部科学办公室用户设备。欧洲杯线上买球
美国能源部科学办公室的支持这项工作。欧洲杯线上买球