慕尼黑工业大学的一个研究小组通过加入有机染料，在有机太阳能电池技术方面取得了重大进展。这些染料促进了对能量转换至关重要的激子运动，从而提高了太阳能电池的效率。他们的工作为有机太阳能电池和发光二极管开辟了新的可能性，为更可持续的能源解决方案提供了潜力。

太阳为地球提供了大量能量，但太阳能电池总会损失一部分能量。这是使用有机太阳能电池的一个障碍，尤其是对那些在创新应用中可行的太阳能电池而言。

提高有机太阳能电池效率的一个关键因素是改善材料中积累的太阳能的传输。慕尼黑工业大学（TUM）的一个研究小组现已证明，某些有机染料可以帮助建立能量通过的"虚拟高速公路"。

有机太阳能电池是一种轻型、极薄的能量收集器，作为一种柔性涂层，几乎适用于任何表面： 基于有机半导体的太阳能电池开辟了一系列应用可能性，例如，可卷起的太阳能电池板和薄膜，或用于智能设备。

但许多应用的一个缺点是，材料内部收集的能量传输相对较差。研究人员正在研究有机太阳能电池的基本传输过程，以找到改善这种传输的方法。

德国慕尼黑工业大学光谱学理论方法教授弗兰克-奥特曼（Frank Ortmann）就是研究人员之一。他和他来自德累斯顿的同事们最关注的是光与材料之间的相互作用，尤其是所谓的激子的行为。

Frank Ortmann 教授（右）和 Maximilian Dorfner 讨论特定分子如何提高有机太阳能电池的效率。图片来源：S. Reiffert / TUM

"激子就像是太阳的燃料，必须以最佳方式加以利用，"身为"电子转换"卓越小组成员的奥特曼解释道。"当光子形式的光能与太阳能电池材料碰撞时，会被吸收并缓冲为激发态。这种中间状态被称为激子"。

这些电荷在到达专门设计的界面之前不能用作电能。奥特曼和他的团队现在已经证明，可以使用有机染料创建所谓的激子传输高速公路。

"让激子尽快到达这一界面之所以如此重要，是因为它们的寿命很短。"奥特曼说："传输速度越快、针对性越强，能量产量就越高，太阳能电池的效率也就越高。"

这种有机染料分子被称为醌型花青素，由于其化学结构和出色的吸收可见光的能力，使其成为可能。因此，它们也适合用作有机太阳能电池的活性层，奥特曼解释说。

"利用光谱测量和模型，研究人员能够观察到染料分子中飞驰的激子。"奥特曼补充说："我们的设计所提供的 1.33 电子伏特的数值远远高于有机半导体中的数值--可以说有机染料分子形成了一种超级高速公路。"

这些基础性的新发现可以为在有机固体物质中实现有针对性的、更高效的激子传输铺平道路，从而加速开发性能更高的有机太阳能电池和有机发光二极管。