研究人员发现了一种新的、更快的有机材料重新分配阳光能量的方法，这可以使下一代有机太阳能电池将阳光转化为电能，并有助于应对气候变化。
今天的大多数太阳能电池都是由硅制成的，而且很重、很硬，而且生产成本很高。相比之下，有机太阳能电池——由植物和动物中发现的材料和元素制成——具有重量轻、灵活且制造成本低的希望。然而，有机太阳能电池尚未达到其硅基电池的太阳能转换效率，阻碍了它们的商业化
现在，剑桥大学的研究人员与来自加拿大、比利时、新西兰和中国的专家进行全球合作，发现了一种新的基本方式，使能量在有机材料中移动的速度比正常情况快 1000 倍，离完全实现有机光伏的承诺又近了一步。他们的发现发表在《科学进展》杂志上。
这种新的运动机制，创造了“瞬态激子离域”，允许能量以比正常情况快得多的速度移动和转移到周围的电线上。
第一作者、剑桥卡文迪什实验室的博士生亚历山大·斯尼德说：“现实的量子力学性质使这种改进成为可能，其中能量可以同时存在于许多地方。”“通过利用这些允许高效能量运动的量子力学元素，我们可以制造出更好、更高效的太阳能电池。”
该研究团队首先使用一种称为“活性结晶驱动自组装”的高度先进的纳米技术，以创建由硫和碳基聚合物制成的纳米纤维。这使他们能够精确控制有机纳米纤维中每个原子的位置，以创建“完美”的模型材料。“这确实是成功的秘诀，”领导这项研究的卡文迪什实验室的 Akshay Rao 博士说。“我们能够达到前所未有的结构控制水平，这是人们直到最近才梦寐以求的。”
然后，该团队用激光照射纳米纤维以模拟阳光，并使用一种称为瞬态吸收显微镜的技术观察能量随时间的移动，以创建能量传输的“薄膜”。这使他们能够在极短的时间尺度上观察能量运动，分辨率几乎是一个飞秒，即 0.000000000000001 秒，相当于每秒帧速率为 100 亿帧的电影。“当我们进行实验时，我们感到非常惊讶，”Sneyd 解释说。“能量以比科学文献中通常观察到的速度快 100 倍甚至 1000 倍的速度移动。”
最后，他们使用超级计算机在量子级别模拟纳米纤维中物理发生的情况。通过将模拟结果与实验进行比较，他们得出结论，确实是能量“离域”或同时在许多地方的能力，这是导致意外行为的主要原因。
“这种新机制为显着提高传统有机太阳能电池的性能提供了许多机会，”共同领导该研究的卡文迪什实验室的理查德·弗兰德爵士教授说。“但更令人兴奋的是，它还开辟了基于廉价且适应性强的有机材料的全新类型设备的前景。”
