美國羅格斯大學研究人員發(fā)現(xiàn)，激子在有機半導體晶體紅熒烯中的擴散距離是以前認為的1000多倍，該距離與激子在制備無機太陽能電池的硅、砷化鎵等材料中的距離相媲美。科學家認為，新的研究發(fā)現(xiàn)有望讓有機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。相關研究論文發(fā)表在《自然·材料學》雜志在線版上。
      羅格斯大學的助理教授瓦伊塔利·波德茲瑞福表示，科學界一直使用有機半導體來制造太陽能電池和其他產(chǎn)品，因為，有機半導體能夠建造在大的塑料薄片上。但是，有機半導體有限的光伏轉化效率限制了其在太陽能領域的發(fā)展，但新發(fā)現(xiàn)可以加速有機太陽能電池的研發(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半導體紅熒烯中的行進距離是以前認為的1000多倍。而此前，研究人員觀測到的激子在有機半導體中的行進距離不足200納米。
      波德茲瑞福表示，這是科學家首次觀察到激子在有機半導體中可行進幾微米——其擴散距離從2微米到8微米不等，這個距離與激子在制備無機太陽能電池的材料硅、砷化鎵中的擴散距離相媲美。而激子的擴散距離越遠，可以吸收的太陽光越多。
      波德茲瑞福解釋道，當激子碰撞到半導體的邊界或結點時，電子移動到結點的一邊，電子空穴移動到另一邊，產(chǎn)生光伏電流。如果激子的擴散距離不到1納米，僅僅離邊界或結點最近的激子才會產(chǎn)生光伏電流，這也是為何目前有機太陽能電池的轉化效率偏低的原因。
      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。進一步發(fā)現(xiàn)，有機半導體紅熒烯晶體內(nèi)的激子的行為更像無機晶體中的萬尼爾激子的行為。而之前，科學家以為，有機半導體中只會出現(xiàn)弗倫克爾激子。因此，該實驗證明，激子擴散的障礙不是有機半導體的固有障礙，進一步的研究有望研發(fā)出效率更高、可批量生產(chǎn)的有機太陽能電池。
      研究人員也發(fā)明了一種新的技術—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，這種技術也可以用于其他物質(zhì)。