Chemistry Labs

Hoá học vật liệu

OLED, pin mặt trời

Cách điốt phát quang hữu cơ biến hạt tải được phun thành ánh sáng, và cách pin quang điện biến photon hấp thụ thành công điện hữu ích.

1 THCS2 THPT3 Đại học4 Nâng cao5 Nghiên cứu

Trực giácTừ photon đến chức năng

OLED là một chồng lớp mỏng phun electron và lỗ trống vào chất phát quang hữu cơ; sự tái hợp của chúng có thể giải phóng photon. Pin mặt trời đi theo chiều năng lượng ngược lại: photon tạo trạng thái kích thích, rồi các tiếp xúc chọn lọc tách điện tích trước khi chúng tái hợp.

So sánh phun điện tích và tái hợp phát xạ trong OLED với hấp thụ photon và thu điện tích ở chồng lớp quang điện.

Phổ thôngBức tranh ở cấp độ linh kiện

Định nghĩa: OLED

Trong OLED đơn giản, anode cấp lỗ trống và cathode cấp electron. Các lớp vận chuyển giúp cân bằng phun hạt tải; lớp phát quang chứa exciton. Mạch ngoài cung cấp năng lượng nên ánh sáng không phải là sự giải phóng năng lượng hoá học tự phát.

Định nghĩa: Hiệu ứng quang điện áp

Pout=VJ,η=PmaxPinP_{\mathrm{out}}=VJ,\qquad \eta=\frac{P_{\mathrm{max}}}{P_{\mathrm{in}}}

Ví dụ

Lời giải

Pmax = 0,72 × 18 = 12,96 mW cm⁻²; do đó η = 12,96/100 = 0,1296, tức khoảng 13,0%.

Đại họcMức năng lượng và tổn hao

Trong bán dẫn phân tử, các orbital biên thường được mô tả bằng mức HOMO và LUMO; trong chất rắn chúng mở rộng thành các trạng thái vận chuyển. Năng lượng liên kết exciton có thể đáng kể, nên giao diện donor–acceptor hoặc môi trường hằng số điện môi cao có thể hỗ trợ tách điện tích. Độ lệch mức quá lớn gây lãng phí năng lượng.

Linh kiệnChuyển đổi năng lượngNút thắt chính
OLEDĐiện → quangMất cân bằng điện tích, phân rã không phát xạ
Pin mặt trờiQuang → điệnTruyền qua, tái hợp, tổn hao điện trở

Nâng caoVật liệu và vật lý linh kiện

Với pin mặt trời, điện áp hở mạch bị giới hạn bởi độ rộng vùng cấm của chất hấp thụ và sự tái hợp phát xạ lẫn không phát xạ. Dòng ngắn mạch phụ thuộc phổ chiếu, độ hấp thụ và xác suất thu gom. Cần chẩn đoán toàn bộ đường cong dòng–áp thay vì đồng nhất phổ hấp thụ mạnh với linh kiện tốt.

Nghiên cứuBiên giới nghiên cứu

Tài liệu tham khảo

  • Organic electroluminescent diodes · C. W. Tang, S. A. VanSlyke, 1987
  • Solar cell efficiency tables (version 64) · M. A. Green et al., 2024
  • Polymer–Fullerene Composite Solar Cells · B. C. Thompson, J. M. J. Fréchet, 2008