美國羅格斯大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，激子在有機(jī)半導(dǎo)體晶體紅熒烯中的擴(kuò)散距離是以前認(rèn)為的1000多倍，該距離與激子在制備無機(jī)太陽能電池的硅、砷化鎵等材料中的距離相媲美。科學(xué)家認(rèn)為，新的研究發(fā)現(xiàn)有望讓有機(jī)太陽能電池的成本更低、性能更卓越，或許可以取代硅基太陽能電池。相關(guān)研究論文發(fā)表在《自然·材料學(xué)》雜志在線版上。
      羅格斯大學(xué)的助理教授瓦伊塔利·波德茲瑞福表示，科學(xué)界一直使用有機(jī)半導(dǎo)體來制造太陽能電池和其他產(chǎn)品，因?yàn)?，有機(jī)半導(dǎo)體能夠建造在大的塑料薄片上。但是，有機(jī)半導(dǎo)體有限的光伏轉(zhuǎn)化效率限制了其在太陽能領(lǐng)域的發(fā)展，但新發(fā)現(xiàn)可以加速有機(jī)太陽能電池的研發(fā)速度。
     波德茲瑞福和同事發(fā)現(xiàn)，激子在超純凈的晶體有機(jī)半導(dǎo)體紅熒烯中的行進(jìn)距離是以前認(rèn)為的1000多倍。而此前，研究人員觀測到的激子在有機(jī)半導(dǎo)體中的行進(jìn)距離不足200納米。
      波德茲瑞福表示，這是科學(xué)家首次觀察到激子在有機(jī)半導(dǎo)體中可行進(jìn)幾微米——其擴(kuò)散距離從2微米到8微米不等，這個距離與激子在制備無機(jī)太陽能電池的材料硅、砷化鎵中的擴(kuò)散距離相媲美。而激子的擴(kuò)散距離越遠(yuǎn)，可以吸收的太陽光越多。
      波德茲瑞福解釋道，當(dāng)激子碰撞到半導(dǎo)體的邊界或結(jié)點(diǎn)時，電子移動到結(jié)點(diǎn)的一邊，電子空穴移動到另一邊，產(chǎn)生光伏電流。如果激子的擴(kuò)散距離不到1納米，僅僅離邊界或結(jié)點(diǎn)最近的激子才會產(chǎn)生光伏電流，這也是為何目前有機(jī)太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率偏低的原因。
      研究人員指出，激子通?？煞譃槿f尼爾（Wannier）激子和弗倫克爾（Frenkel）激子。萬尼爾激子在晶格中移動得更快，因此，其產(chǎn)生光電的屬性更加突出。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，有機(jī)半導(dǎo)體紅熒烯晶體內(nèi)的激子的行為更像無機(jī)晶體中的萬尼爾激子的行為。而之前，科學(xué)家以為，有機(jī)半導(dǎo)體中只會出現(xiàn)弗倫克爾激子。因此，該實(shí)驗(yàn)證明，激子擴(kuò)散的障礙不是有機(jī)半導(dǎo)體的固有障礙，進(jìn)一步的研究有望研發(fā)出效率更高、可批量生產(chǎn)的有機(jī)太陽能電池。
      研究人員也發(fā)明了一種新的技術(shù)—偏振分辨感光電流光譜，來分離晶體表面的激子，并且產(chǎn)生大的感光電流，這種技術(shù)也可以用于其他物質(zhì)。