Результаты были опубликованы сегодня в Nature Communications.Исследователи изучают фундаментальные начала реакций, которые имеют место в основе устройств преобразования солнечной энергии, изучая новый бренд фотоэлектрических диодов, которые основаны на смесях полимерных полупроводников и производных фуллерена. Полимеры — это большие молекулы, состоящие из множества более мелких молекул одного и того же типа, состоящие из так называемых «органических» строительных блоков, потому что они состоят из атомов, которые также составляют молекулы для жизни (углерод, азот, сера).
Фуллерен — это молекула в форме футбольного мяча, сделанная из углерода. «В этих и других устройствах поглощение света способствует образованию электрона и положительно заряженных частиц. Чтобы в конечном итоге обеспечить электричество, эти две привлекательные частицы должны разделиться, и электрон должен уйти.
Если электрон не может уйти достаточно быстро, тогда положительные и отрицательные заряды просто рекомбинируют, и по сути ничего не меняется. Общая эффективность солнечных устройств сравнивает, сколько рекомбинирует и сколько отделяется », — объяснила София Хейс из Университета Кипра, последний автор исследования.В результате работы команды были сделаны два важных вывода. «Мы использовали фемтосекундную стимулированную рамановскую спектроскопию», — пояснил Тони Паркер из Центрального лазерного центра Совета по науке и технологиям. «Фемтосекундная спектроскопия стимулированного комбинационного рассеяния — это передовая технология сверхбыстрого лазера, которая позволяет получить подробную информацию о том, как химические связи изменяются во время чрезвычайно быстрых химических реакций. Лазер предоставляет информацию о колебаниях молекул, когда они взаимодействуют с импульсами лазерного света».
Чрезвычайно сложные расчеты этих колебаний позволили ученым установить, как эволюционировали молекулы. Во-первых, они обнаружили, что после того, как электрон удаляется от положительного центра, быстрая молекулярная перестройка должна быть быстрой и напоминать конечные продукты в течение примерно 300 фемтосекунд (0,0000000000003 с). Фемтосекунда — это квадриллионная секунды, фемтосекунда — это секунда, а секунда — 3,7 миллиона лет.
Эта быстрота и скорость улучшают и помогают поддерживать разделение зарядов.Во-вторых, исследователи отметили, что любые текущие процессы релаксации и молекулярной реорганизации после этого начального разделения зарядов, как визуализировано с помощью метода FSRS, должны быть чрезвычайно незначительными. "Наши результаты открывают возможности для будущих исследований в понимании различий между материальными системами, которые на самом деле производят эффективные солнечные элементы, и системами, которые должны быть такими же эффективными, но на самом деле не так хорошо работают.
Лучшее понимание того, что работает, а что нет, очевидно, позволит в будущем будут разработаны более совершенные солнечные панели », — сказал Карлос Силва из Монреальского университета, который был старшим автором исследования.