Low exciton binding energies from computational predictions
| Promotie: | dr. H.D. de Gier |
| Wanneer: | 01 februari 2016 |
| Aanvang: | 12:45 |
| Promotors: | prof. dr. H.B. (Ria) Braam, prof. dr. J.C. (Kees) Hummelen |
| Copromotor: | dr. R.W.A. (Remco) Havenith |
| Waar: | Academiegebouw RUG |
| Faculteit: | Science and Engineering |
Rekenmethodes wijzen weg naar efficiëntere organische zonnecellen
Organische zonnecellen hebben allerlei voordelen die maken dat ze de potentie hebben om één van de belangrijkste duurzame energietechnologieën in de toekomst te worden. Maar er zijn ook problemen. Hilde de Gier onderzocht het probleem van de lage efficiëntie van organische zonnecellen in vergelijking met de standaard silicium zonnecellen.
Momenteel bevat de best presterende organische zonnecel een mengsel van een donormateriaal dat positieve ladingen (gaten) geleidt en een acceptormateriaal dat negatieve ladingen (elektronen) geleidt. De toegepaste materialen worden doorgaans gekenmerkt door een lage diëlektrische constante. De lage diëlektrische constante is verantwoordelijk voor het creëren van gebonden elektron-gat paren, oftewel lokale excitonen, op de donor- of acceptormoleculen na lichtabsorptie.
Door overdracht van elektronen of gaten tussen donor- en acceptormoleculen worden de ladingen in deze lokale excitonen gescheiden. Deze stap kan echter leiden tot het creëren van ladingsoverdracht- excitonen waarin de ladingen nog steeds gebonden zijn. Voor deze twee typen excitonen kunnen twee verschillende bindingsenergieën worden gedefinieerd: de lokale exciton bindingsenergie en de ladingsoverdracht exciton bindingsenergie. Het verlagen van deze bindingsenergieën zal naar verwachting leiden tot verbeterde efficiënties van organische zonnecellen.
De Gier gebruikte kwantumchemische rekenmethodes om te komen tot verschillende strategieën om deze bindingsenergieën te verlagen en de ladingsscheiding te verbeteren door de diëlektrische constante van de toegepaste donor- en acceptormaterialen te verhogen: het inbouwen van permanente dipolen in de zijketens van de donor- en acceptormoleculen, en het introduceren van functionele chemische groepen op bepaalde plaatsen in de moleculen. Het toepassen van deze veelbelovende strategieën in de volgende generatie van organische zonnecellen zal naar verwachting de efficiëntie verbeteren.
Hilde de Gier voerde haar promotie-onderzoek uit bij de afdeling Theoretische Chemie van het Zernike Institute for Advanced Materials met financiering van stichting FOM.