Des travaux théoriques récents menés au NIST Center for Nanoscale Science and Technology expliquent l'effet étonnamment faible de la ségrégation de phase à l'échelle macro sur l'efficacité globale des matériaux photovoltaïques organiques mélangés (OPV) en montrant que les électrons peuvent effectivement creuser à travers une couche de peau pour se rendre à l'appareil. la cathode.
Les VPO sont constitués de deux types de molécules organiques, donneurs et accepteurs d'électrons, qui sont uniformément mélangés dans tout le volume du matériau. Dans un VPO, la lumière photoexcite une paire électron-trou liée, qui se séparent à l'interface entre le donneur et l'accepteur.
Les charges gratuites séparées migrent vers différents contacts, générer un courant électrique. Le choix du matériau de l'électrode est crucial pour le fonctionnement de l'OPV. La cathode doit préférentiellement collecter les électrons et l'anode doit préférentiellement collecter les trous.
Des études récentes sur les matériaux OPV menées au CNST et ailleurs ont révélé une couche de peau transportant des trous riches en donneurs près de la cathode.
Cette ségrégation de phase, ou forte concentration de trous, est due à la plus petite énergie de surface de l'interface donneur-cathode par rapport à l'interface accepteur-cathode.
Le fait que le collecteur d'électrons ait principalement des trous dans son voisinage semble être un obstacle à la collecte des charges et à l'efficacité globale.
Cependant, le rapport entre la charge collectée et la charge excitée est encore élevé. En étendant les modèles précédemment développés pour tenir compte de la ségrégation de phase macroscopique, il a été théoriquement déterminé que les charges peuvent assez facilement « serrer » à travers des régions de densité réduite.
Cet effet explique l'influence relativement bénigne de la couche cutanée sur les performances globales de l'appareil. Le travail démontre que la ségrégation de phase de la couche de peau cathodique ne devrait pas être un obstacle au développement d'OPV à haute efficacité.
