Эрик Биттнер, профессор Джона и Ребекки Мурес Химии и Физики в Колледже UH Естественных наук и Математики, и Карлоса Сильвы, адъюнкт-профессора в Стуле Исследования Монреальского университета и Канады в Органических Полупроводниковых Материалах, говорит, что модель могла привести к новым материалам солнечной батареи, сделанным из улучшенных смесей полупроводниковых полимеров и фуллеренов.Исследователи описывают свои результаты в газете, названной «Вызванная шумом Квантовая Динамика Поколения Фотоперевозчика Двигателей Последовательности при Полимерных Полупроводниковых Гетеропереходах», появившись по своей природе Коммуникации в январе 2014.«Ученые не полностью понимают то, что продолжается в материалах, которые составляют солнечные батареи.
Мы пытались достигнуть фундаментальную фотохимию или фотофизику, которая описывает, как эти клетки работают», сказал Биттнер.Солнечные батареи сделаны из органических полупроводников – как правило, смеси материалов.
Однако у солнечных батарей, сделанных из этих материалов, есть приблизительно 3-процентная эффективность. Биттнер добавил, что более новые материалы, смеси фуллерена/полимера, только достигают приблизительно 10-процентной эффективности.«Есть теоретический предел для эффективности идеальной солнечной батареи – предел Shockley-Queisser. Теория, которую мы издали, описывает, как мы могли бы быть в состоянии добраться выше этого теоретического предела, используя в своих интересах квант механические эффекты», сказал Биттнер. «Понимая эти эффекты и используя их в дизайне солнечной батареи, мы полагаем, что Вы можете повысить эффективность».
Сильва добавил, «В полимерных полупроводниках, где пластмассы формируют активный слой солнечных батарей, электронная структура материала глубоко коррелируется с вибрационным движением в цепи полимера. Механические квантом эффекты из-за такого вибрационно-электронного сцепления дают начало множеству интересных физических процессов, которыми можно управлять, чтобы оптимизировать полезные действия солнечной батареи, проектируя материалы, которые лучше всего эксплуатируют их».Идея для модели родилась, в то время как Биттнер был Канадским Ученым Fulbright и приглашенным лектором в Монреальском университете, сотрудничающем с Сильвой, экспертом в области сверхбыстрой лазерной спектроскопии и органических полупроводников.Биттнер говорит, что выгода их модели – то, что она обеспечивает понимание, что происходит в системах солнечной батареи.
«Наша теоретическая модель достигает вещей, которые Вы не можете получить из молекулярной модели», сказал он. «Это – главным образом математическая модель, которая позволяет нам смотреть на намного большую систему с тысячами молекул. Вы не можете сделать обычных квантовых вычислений химии на системе того размера».Вычисления побудили ряд новых экспериментов группой Сильвы исследовать результаты, предсказанные их моделью.Биттнер и следующие шаги Сильвы включают сотрудничество с исследователями, которые являются экспертами в создании полимеров и изготовлении солнечных батарей.
Работа над ММ финансировалась Фондом Роберта Уэлча и Национальным научным фондом. Работа в Канаде была поддержана Национальными Науками и Техническим Научным советом Канады.