Исследование основано на работе Рудольфа Маркуса, получившего Нобелевскую премию, который разработал фундаментальный принцип физической химии, объясняющий скорость, с которой электрон может перемещаться от одного химического вещества к другому. Формулировка Маркуса, однако, редко использовалась для изучения фотоиндуцированного переноса электронов для новых органических полупроводников, таких как однослойные углеродные нанотрубки (ОСУНТ), которые можно использовать в органических фотоэлектрических устройствах.В органических фотоэлектрических устройствах после поглощения фотона заряды (электроны и дырки) обычно необходимо разделить через интерфейс, чтобы они могли жить достаточно долго, чтобы собираться в виде электрического тока.
Событие переноса электрона, которое производит эти разделенные заряды, сопровождается потенциальной потерей энергии, поскольку вовлеченные молекулы должны структурно реорганизовать свои связи. Эта потеря называется энергией реорганизации, но исследователи NREL обнаружили, что при соединении полупроводников SWCNT с молекулами фуллерена теряется мало энергии.
«В ходе нашего исследования мы обнаружили, что эта конкретная система — нанотрубки с фуллеренами — имеют исключительно низкую энергию реорганизации, а сами нанотрубки, вероятно, имеют очень, очень низкую энергию реорганизации», — сказал Джеффри Блэкберн, старший научный сотрудник NREL и соавтора. Автор статьи «Настройка движущей силы диссоциации экситонов в гетеропереходах однослойных углеродных нанотрубок».Статья публикуется в новом номере журнала Nature Chemistry. Его другими соавторами являются Рашель Ихли, Кевин Мистри, Эндрю Фергюсон, Обадия Рид и Гарри Рамблс из NREL, а также Ольга Болталина, Тайлер Кликеман, Брайон Ларсон и Стивен Штраус из Университета штата Колорадо.
Органические фотоэлектрические устройства включают интерфейс между донором и акцептором. В этом случае ОУНТ служила донором, так как отдавала электрон акцептору (здесь фуллерен).
Исследователи NREL создали стратегическое партнерство с коллегами из Университета штата Колорадо, чтобы воспользоваться опытом каждого учреждения в производстве доноров и акцепторов с четко определенными и легко настраиваемыми уровнями энергии: полупроводниковых доноров SWCNT в NREL и акцепторов фуллеренов в CSU. Это партнерство позволило ученым NREL определить, что событие переноса электрона не сопровождалось большой потерей энергии, связанной с реорганизацией, а это означает, что солнечная энергия может быть собрана более эффективно.
По этой причине полупроводники из ОСУНТ могут быть подходящими для фотоэлектрических приложений.