光伏电池直接将太阳光转换为电能，因此是满足人类在本世纪必须面对的挑战之一的关键技术设备：可持续和清洁的可再生能源生产。使用聚合物材料捕获阳光的有机太阳能电池具有特别有利的特性。它们成本低，重量轻且柔韧，并且可以通过改变材料成分来调整其颜色。这种太阳能电池通常由作为光吸收剂的共轭聚合物(碳原子长链)的纳米结构共混物和充当电子受体的富勒烯(纳米级碳足球)组成。光电转换过程中的主要和最基本的步骤，光诱导电子从聚合物转移到富勒烯，
现在，来自奥尔登堡，摩德纳和米兰的德国和意大利研究人员团队报告了有机太阳能电池中光电转换过程的第一部实时电影。在5月30日出版的“ 科学杂志”上发表的一份报告中，研究人员表明，电子的量子力学，波状特性以及它们与原子核的耦合对于有机光伏器件中的电荷转移至关重要。
“我们最初的结果实际上非常令人惊讶，”奥尔登堡大学的物理学教授Christoph Lienau说。“当我们用极短的飞秒(十亿分之一秒，即百万分之一秒，即0.000000000000001秒)光脉冲照射有机细胞中的聚合物层时，我们发现光脉冲引起聚合物分子的振荡，振动。然而，出乎意料的是，我们看到富勒烯分子也开始同步振动。如果没有假设光脉冲激发的电子波包在聚合物和富勒烯之间来回地相干振荡，我们就无法理解这一点。
科学家讨论这些初步结果的所有同事都是由Oldenburg的博士生Sarah Falke与米兰理工大学的Giulio Cerullo团队密切合作获得的，他们是超快光学领域的领先专家，他们持怀疑态度。“在这种有机混合物中，聚合物和富勒烯之间的界面形态非常复杂，两个部分不共价结合，”Lienau说，“因此人们可能不会期望即使在室温下也能保持振动相干性。因此我们要求Elisa Molinari和CNR和摩德纳大学和雷焦艾米利亚大学的Istituto Nanoscienze的Carlo A. Rozzi寻求帮助。“
由Rozzi及其同事执行的一系列复杂的量子动力学模拟，提供了令人印象深刻的电子云和该系统中原子核演化的电影，这些电影是实验中发现的振荡的原因。“我们的计算表明，”Molinari说，“电子和原子核之间的耦合对电荷转移效率至关重要。因此，通过改变器件的形态和成分来调整这种耦合对于优化器件效率可能非常重要。”
新结果会立即导致更好的太阳能电池吗?“这种超快光谱研究，特别是它们与先进理论建模的比较，为启动有机光伏过程的基本现象提供了令人印象深刻和最直接的见解。结果证明它们与自然界在光合作用中开发的策略非常相似。 “Lienau说。“最近的研究表明，量子相干性在这种情况下显然起着重要的作用。我们的新结果为功能性人工光伏器件中的类似现象提供了证据：概念上的进步可用于指导未来人工光捕获系统的设计。试图匹配自然的无与伦比的效率。“
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