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德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)的和比利時(shí)哈塞爾大學(xué)的科學(xué)家研究了限制有機(jī)分子材料太陽(yáng)能電池效率的物理原因。目前，此類(lèi)電池的電壓仍然過(guò)低，這也是其效率較低的原因之一。

在他們的研究中，通過(guò)研究薄膜中分子的振動(dòng)，科學(xué)家們能夠證明非常基本的量子效應(yīng)，即所謂的零點(diǎn)振動(dòng)，可以對(duì)電壓損耗做出重大貢獻(xiàn)。該研究現(xiàn)已發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。

太陽(yáng)能電池是全球能源生產(chǎn)轉(zhuǎn)變的重要節(jié)點(diǎn)。基于有機(jī)材料（即碳基材料）的有機(jī)光伏（OPV）有望成為“可再生能源”結(jié)構(gòu)中的重要支柱，因?yàn)榕c常規(guī)的硅基光伏材料相比，它們具有更好的生態(tài)性能，僅需少量材料即可生產(chǎn)薄膜。但是，必須進(jìn)一步提高效率。它基于各種特性值，例如開(kāi)路電壓，其值太低目前是OPV效率仍然不高的主要原因。

該研究調(diào)查了造成這種情況的物理原因，包括薄膜中分子的振動(dòng)。結(jié)果表明，所謂的零點(diǎn)振動(dòng)（一種量子物理學(xué)的效應(yīng)，表征了絕對(duì)溫度為零時(shí)的運(yùn)動(dòng)）可以對(duì)電壓損耗產(chǎn)生重大影響。證明了分子性質(zhì)和宏觀器件性質(zhì)之間的直接關(guān)系。研究結(jié)果為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和改進(jìn)新型有機(jī)材料提供了重要信息。

光學(xué)吸收光譜的低能量邊緣對(duì)于太陽(yáng)能電池的性能至關(guān)重要，但是對(duì)于具有許多影響因素的有機(jī)太陽(yáng)能電池而言，人們對(duì)此尚不了解。在本研究中，研究了分子共混體系中吸收帶的微觀起源及其在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的作用。重點(diǎn)是吸收特性的溫度依賴(lài)性，這是在考慮分子振動(dòng)的情況下進(jìn)行理論研究的。模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的吸收光譜非常匹配，過(guò)程中也有許多重要發(fā)現(xiàn)。

作者發(fā)現(xiàn)，由電子-聲子相互作用介導(dǎo)的零點(diǎn)振動(dòng)會(huì)引起相當(dāng)大的吸收帶寬。這導(dǎo)致釋放了一部分能量，該能量未被使用，因此降低了開(kāi)路電壓。現(xiàn)在可以從電子和振動(dòng)分子參數(shù)預(yù)測(cè)這些電壓損失。不尋常的是，即使在室溫下，這種作用也很強(qiáng)，并且會(huì)大大降低有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率。哪些方法可以減少這些振動(dòng)引起的電壓 作者正在討論對(duì)于大量系統(tǒng)和不同異質(zhì)結(jié)幾何形狀可能應(yīng)用的損耗。
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