科学家开发出检测有机半导体中电荷陷阱的方法

斯旺西大学的科学家们已经开发出一种非常灵敏的方法来检测有机半导体中所谓的“电荷陷阱”的微小特征。

这项发表在《自然通讯》上的研究（“产生电荷的中间能隙陷阱状态定义了有机光伏器件的热力学极限”）可能会改变有关限制有机太阳能电池，光电探测器和OLED性能的观点。

有机半导体是主要由碳和氢制成的材料，柔韧性好，重量轻且有色。

它们是OLED显示器，太阳能电池和光电探测器中的关键组件，可以区分不同的颜色，甚至模仿人眼的视锥细胞。

目前，有机太阳能电池将阳光转化为电能的效率已达到18％，并且正在努力真正理解其工作原理。

斯旺西大学博士学位学生的主要作者纳西姆·扎拉比（Nasim Zarrabi）说：“很长一段时间以来，我们猜测阳光所产生的一些电荷可能会被束缚在太阳能电池的半导体层中，但我们从来没有真正能够证明这一点。

主要作者Nasim Zarrabi在斯旺西大学光电实验室测量有机太阳能电池的光响应。图片：斯旺西大学

“这些陷阱使太阳能电池的效率降低，光电探测器的灵敏度降低，而OLED电视的亮度降低，因此我们确实需要一种方法来研究它们，然后理解如何避免它们，这是促使我们开展工作的原因，以及为什么最近的发现如此重要。”

研究负责人，塞姆·西姆鲁二世（SêrCymru II）新兴起步研究员Ardalan Armin博士评论说：“通常来说，陷阱是'死胡同'；在我们的研究中，我们看到陷阱还会产生新的电荷，而不是完全消灭它们。

“我们曾预测可能会发生这种情况，但是直到现在还没有实验准确性来检测通过陷阱产生的电荷。”

这项工作的理论家奥斯卡·桑德伯格（Oskar Sandberg）博士说，这么多年来，他一直在等待这种实验精度。

他说：“我们在实验中观察到的在硅和砷化镓中被称为中间带太阳能电池，在有机太阳能电池中，从未发现陷阱能够产生电荷。”

“陷阱产生的额外电荷不利于发电，因为它很小。

“但是能够研究这些影响并找到控制它们的方法就足够了，以真正改善设备性能。”