North Carolina State 대학의 연구자들은 유기 태양전지의 효율에 대한 물질 구조의 역할을 파악할 수 있는 새 기술을 개발했다.
유기 태양전지의 에너지 변환 과정에는 4 단계가 있다. 1 단계; 셀이 태양광을 흡수하여 활성층에 엑시톤이 생성된다. 2 단계; 엑시톤이 다른 유기물과의 계면과 마주칠때 까지 주위를 돌아 다닌다. 3 단계; 엑시톤이 자유 전자와 홀로 분리된다. 4 단계; 자유 전자가 활성층을 통해 이동해서 전극 수집된다.
이전의 유기 태양전지 연구에서는 엑시톤 분리 효율과 캐리어 수집 효율 사이의 차이에 대한 애매모호함이 있었다. 그 이유는 단일 막 내에서 이 두가지를 구분할 명백한 방법이 없었기 때문이다.
엑시톤을 자유 전자로 분리하기에 좋지 않은 물질인가? 자유 전자가 빠져 나가기 쉬운 물질을 만들기 어려운가?
이를 해결하기 위해 연구자들은 빛의 편광 특성을 이용했다. 만약 빛이 유기 태양전지의 분자와 나란히 수평으로 편광되면 빛은 흡수된다. 하지만 빛이 분자와 수직으로 평광되면 투과해 버린다.
연구자들은 잘 조직된 구조과 무질서한 구조를 하나의 활성층 생성시켰다.
이 활성층에 빛의 편광을 조절하면 조직화된 영역을 효과적으로 보이지 않게 할 수 있다. 다른 말로 하면 조직화된 영역과 무질서한 영역이 하나의 광활성층에 내에 있지만 구분해서 평가할 수 있다는 것이다.
전하 수집은 두 영역 모두 똑같기 때문에 이 기술은 어떤 조직 구조가 물질의 엑시톤 분리 효율에 영향을 주는 정도를 알려 줄 것이다.
이 실험을 통해 그들은 엑시톤 분리 효율과 조직 구조와 상관관계가 없다는 것을 알았다. 이것은 효율적인 자유 전자 생성을 위해 높은 수준으로 정렬된 나노구조가 필요없다는 것을 말해 준다.
참고: https://news.ncsu.edu/2015/01/oconnor-exciton-2015/
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