Il recente lavoro teorico condotto presso il NIST Center for Nanoscale Science and Technology spiega l'effetto sorprendentemente piccolo della segregazione di fase su macroscala sull'efficienza complessiva dei materiali fotovoltaici organici misti (OPV) dimostrando che gli elettroni possono effettivamente scavare attraverso uno strato di pelle per raggiungere il dispositivo catodo.
Gli OPV sono costituiti da due tipi di molecole organiche, donatori di elettroni e accettori di elettroni, che sono uniformemente miscelati in tutto il volume del materiale. In un OPV, la luce fotoeccita una coppia elettrone-lacuna legata, che si separano all'interfaccia tra donatore e accettante.
Le gratuità separate migrano a diversi contatti, generando una corrente elettrica. La scelta del materiale degli elettrodi è cruciale per il funzionamento dell'OPV. Il catodo deve raccogliere preferenzialmente gli elettroni e l'anodo deve raccogliere preferenzialmente i fori.
Recenti studi sui materiali OPV condotti al CNST e altrove hanno rivelato un foro ricco di donatori che trasporta lo strato di pelle vicino al catodo.
Questa fase di segregazione, o alta concentrazione di buche, è dovuto alla minore energia superficiale dell'interfaccia donatore-catodo rispetto all'interfaccia accettore-catodo.
Il fatto che il collettore di elettroni abbia per lo più buchi nelle sue vicinanze sembrerebbe un impedimento alla raccolta di carica e all'efficienza complessiva.
Però, il rapporto tra carica raccolta e carica eccitata è ancora elevato. Estendendo i modelli precedentemente sviluppati per tenere conto della segregazione di fase macroscopica, è stato teoricamente determinato che le cariche possono "spremere" piuttosto facilmente attraverso regioni di densità ridotta.
Questo effetto spiega l'influenza relativamente benigna dello strato cutaneo sulle prestazioni complessive del dispositivo. Il lavoro dimostra che la segregazione di fase dello strato cutaneo del catodo non dovrebbe essere un impedimento allo sviluppo di OPV ad alta efficienza.
