有機半導體激子擴散距離可達8微米

　　據物理學家組織網10月11日報道，美國羅格斯大學研究人員發現，激子在有機半導體晶體紅熒烯中的擴散距離是以前認為的1000多倍，該距離與激子在制備無機太陽能電池的硅、砷化鎵等材料中的距離相媲美。科學家認為，新的研究發現有望讓有機太陽能電池的成本更低、性能更卓越，或許可以取代硅基太陽能電池。相關研究論文發表在《自然·材料學》雜志在線版上。

　　羅格斯大學的助理教授瓦伊塔利·波德茲瑞福表示，科學界一直使用有機半導體來制造太陽能電池和其他產品，因為，有機半導體能夠建造在大的塑料薄片上。但是，有機半導體有限的光伏轉化效率限制了其在太陽能領域的發展，但新發現可以加速有機太陽能電池的研發速度。

　　波德茲瑞福和同事發現，激子在超純凈的晶體有機半導體紅熒烯中的行進距離是以前認為的1000多倍。而此前，研究人員觀測到的激子在有機半導體中的行進距離不足200納米。

　　波德茲瑞福表示，這是科學家首次觀察到激子在有機半導體中可行進幾微米——其擴散距離從2微米到8微米不等，這個距離與激子在制備無機太陽能電池的材料硅、砷化鎵中的擴散距離相媲美。而激子的擴散距離越遠，可以吸收的太陽光越多。

　　波德茲瑞福解釋道，當激子碰撞到半導體的邊界或結點時，電子移動到結點的一邊，電子空穴移動到另一邊，產生光伏電流。如果激子的擴散距離不到1納米，僅僅離邊界或結點最近的激子才會產生光伏電流，這也是為何目前有機太陽能電池的轉化效率偏低的原因。

　　研究人員指出，激子通常可分為萬尼爾（Wannier）激子和弗倫克爾（Frenkel）激子。萬尼爾激子在晶格中移動得更快，因此，其產生光電的屬性更加突出。進一步發現，有機半導體紅熒烯晶體內的激子的行為更像無機晶體中的萬尼爾激子的行為。而之前，科學家以為，有機半導體中只會出現弗倫克爾激子。因此，該實驗證明，激子擴散的障礙不是有機半導體的固有障礙，進一步的研究有望研發出效率更高、可批量生產的有機太陽能電池。

　　研究人員也發明了一種新的技術—偏振分辨感光電流光譜，來分離晶體表面的激子，并且產生大的感光電流，這種技術也可以用于其他物質。