Nyligen genomfört teoretiskt arbete vid NIST Center for Nanoscale Science and Technology förklarar den förvånansvärt lilla effekten av fassegregering i makroskala på den totala effektiviteten hos blandade organiska fotovoltaiska material (OPV) genom att visa att elektroner effektivt kan gräva sig igenom ett hudlager för att komma till enheten s katod.

OPV består av två typer av organiska molekyler, elektrondonatorer och elektronacceptorer, som är likformigt blandade genom hela materialets volym. I en OPV, ljus fotoexciterar ett bundet elektron-hålpar, som separerar i gränssnittet mellan donator och acceptor.

De separerade kostnadsfria avgifterna migrerar till olika kontakter, genererar en elektrisk ström. Valet av elektrodmaterial är avgörande för driften av OPV. Katoden måste företrädesvis samla elektroner och anoden måste företrädesvis samla hål.

Nyligen genomförda studier av OPV-material utförda vid CNST och på andra ställen avslöjade ett donatorrikt håltransporterande hudlager nära katoden.

Denna fassegregering, eller hög hålkoncentration, beror på den mindre ytenergin hos donator-katodgränssnittet i förhållande till acceptor-katodgränssnittet.

Det faktum att elektronsamlaren har mestadels hål i sin närhet verkar vara ett hinder för laddningsuppsamling och total effektivitet.

Dock, förhållandet mellan uppsamlad och exciterad laddning är fortfarande hög. Genom att utöka tidigare utvecklade modeller för att ta hänsyn till makroskopisk fassegregering, det var teoretiskt bestämt att laddningar ganska lätt kan "pressa" sig genom områden med reducerad densitet.

Denna effekt förklarar den relativt godartade inverkan av hudlagret på enhetens övergripande prestanda. Arbetet visar att fassegregering av katodskalskikt inte bör vara ett hinder för utvecklingen av högeffektiva OPV.