어떻게 유기 태양전지가 동작하는가?

과학자들은 어떻게 빛이 유기 태양전지의 화학물질을 여기시켜 전하를 생성시키는지 알아냈다. 

유기 태양전지는 새로운 형태의 광전지 다이오드인데 폴리머 반도체와 플러렌 파생물의 혼합물 기반으로 만들어진다. 

태양전지의 전체 효율은 광에 의해 생성된 전와 홀이 얼마나 재결합하지 않느냐와 얼마나 분리되느냐를 비교하는 것이다.

폴리머 반도체에서 전하는 폴라론(polaron)이다. 이 의미는 과잉 전하가 폴리머 체인 내의 분자 구조를 변형시킨다는 것이다. 이것이 폴리머 진동 모드에서 뚜렷이 구별되는 특징을 준다. 

그들은 펨토초 자극 라만 분광기(femtosecond stimulated Raman spectroscopy)를 이용해서 2가지 주요 발견을 했다. 펨토초 자극 라만 분광기는 엄청나게 빠른 화학 반응 동안 어떻게 화학 결합이 변화는지를 상세하게 알려준다. 

레이저 펄스가 분자와 상호작용하여 분자의 진동에 대한 정보를 알 수 있다. 이 진동에 대한 매우 복잡한 계산은 분자가 어떻게 거동하는지를 알려 준다. 

그들이 발견한 첫번째는 전자가 postive center에서 벗어나면 째빠른 분자 재정렬이 신속하게 일어고 300 펨토초 내에 폴라론이 나타난다는 것이다. 이 신속함과 속도는 전하 분리를 유지하도록 도움을 준다. 

두번째 발견은 초기 전하 분리 후 어떤 진행중인 이완과 분자의 재조직화 정도는 매우 작다는 것이다. ≳50 ps 동안 구조적 진화는 그다지 중요하지 않다는 의미인데 초기 폴라론을 포함하고 있는 폴리머의 형태는 주변의 폴리머와 크게 다르지 않다.  이것으로 부터 그들은 전하가 mutual Coulomb potential로 부터 자유로워질 수 있다는 것으로 이해했다.

참고: http://www.redorbit.com/news/science/1113182724/how-plastic-solar-panels-work-070114/