慕尼黑工業大學的研究小組透過加入有機染料，在有機太陽能電池技術方面取得了重大進展。這些染料促進了對能量轉換至關重要的激子運動，從而提高了太陽能電池的效率。他們的工作為有機太陽能電池和發光二極管開闢了新的可能性，為更永續的能源解決方案提供了潛力。

太陽為地球提供了大量能量，但太陽能電池總是會失去一部分能量。這是使用有機太陽能電池的障礙，尤其是對那些在創新應用中可行的太陽能電池而言。

提高有機太陽能電池效率的關鍵因素是改善材料中累積的太陽能的傳輸。慕尼黑工業大學（TUM）的一個研究小組現已證明，某些有機染料可以幫助建立能量通過的”虛擬高速公路”。

有機太陽能電池是一種輕型、極薄的能量收集器，作為一種柔性塗層，幾乎適用於任何表面： 基於有機半導體的太陽能電池開闢了一系列應用可能性，例如，可捲起的太陽能電池板和薄膜，或用於智慧型設備。

但許多應用的一個缺點是，材料內部收集的能量傳輸相對較差。研究人員正在研究有機太陽能電池的基本傳輸過程，以找到改善這種傳輸的方法。

德國慕尼黑工業大學光譜理論方法教授奧特曼（Frank Ortmann）就是研究人員之一。他和他來自德勒斯登的同事們最關注的是光與材料之間的相互作用，尤其是所謂的激子的行為。

Frank Ortmann 教授（右）和Maximilian Dorfner 討論特定分子如何提高有機太陽能電池的效率。圖片來源：S. Reiffert / TUM

“激子就像是太陽的燃料，必須以最佳方式加以利用，”身為”電子轉換”卓越小組成員的奧特曼解釋道。”當光子形式的光能與太陽能電池材料碰撞時，會被吸收並緩衝為激發態。這種中間狀態稱為激子”。

這些電荷在到達專門設計的界面之前不能用作電能。奧特曼和他的團隊現在已經證明，可以使用有機染料創建所謂的激子傳輸高速公路。

“讓激子盡快到達這一界面之所以如此重要，是因為它們的壽命很短。”奧特曼說：”傳輸速度越快、針對性越強，能量產量就越高，太陽能電池的效率也就越高。”

這種有機染料分子被稱為醌型花青素，由於其化學結構和出色的吸收可見光的能力，使其成為可能。因此，它們也適合用作有機太陽能電池的活性層，奧特曼解釋。

“利用光譜測量和模型，研究人員能夠觀察到染料分子中飛馳的激子。”奧特曼補充說：”我們的設計所提供的1.33 電子伏特的數值遠高於有機半導體中的數值–可以說有機染料分子形成了超級高速公路。”

這些基礎性的新發現可以為在有機固體物質中實現有針對性的、更高效的激子傳輸鋪平道路，從而加速開發性能更高的有機太陽能電池和有機發光二極管。