In conventionele organische zonnecellen, de elektronen vertonen hun deeltjeskarakter en moeten tussen organische moleculen in de cel springen. De geleidbaarheid is, daarom, lager dan die van kristallijn silicium zonnecellen. Onderzoekers zijn erin geslaagd de organische moleculen op een zeer geordende manier te rangschikken, zoals in kristallen, en om de golf-natuur op te roepen. "Geleidende banden" worden gevormd door energieverspreidende toestanden en dragen bij aan de geleidbaarheid van de hoge drager. Het kan de totale efficiëntie van de cel verbeteren.

Een organische zonnecel is een licht, flexibel, goedkoop en groen apparaat, daarom beschouwd als een potentiële kiem van innovatie in de sector van de hernieuwbare energie. De efficiëntie van de energieomzetting van de organische zonnecel is, echter, lager dan die van hedendaagse siliciumzonnecellen.

In halfgeleiderzonnecellen, het licht wordt omgezet in een bekrachtigd paar van een elektron (negatieve drager) en een gat (positieve drager) op de "pn-overgang" interface op twee halfgeleiderlagen in de cel. Donor (elektronen pitching; p-type) en acceptor (elektronen vangen; n-type) moleculen in elke laag van de halfgeleiders staan ​​tegenover elkaar als de ideale p/n-overgang. Om het aantal van dergelijke zonne-"batterijen" in de cel te vergroten, een groot gebied van pn-overgang is vereist, zodat een gecompliceerde "bulkhetero" pn-overgang, dat is een gevouwen interface zoals plooien, is ontwikkeld. In zo'n ingewikkelde structuur als een doolhof, de gegenereerde dragers zijn moeilijk te bereiken uitgangselektroden van de cel omdat de moleculen ruw zijn gerangschikt, met andere woorden, kristalliniteit is laag (Fig. 1(a)). Om efficiënt een hoog transport te realiseren, de drager, een elektron of een gat, zou moeten delokaliseren tussen moleculen als een materiegolf (Fig. 1 (b)). De geordende rangschikking van moleculen brengt het golfkarakter van de dragers naar voren.

Onderzoekers van het Instituut voor Moleculaire Wetenschappen (IMS), Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) en Tokyo University of Science zijn erin geslaagd de organische halfgeleider pn-overgang met hoge kristalliniteit te fabriceren. In het fabricageproces van de kruising, de acceptor (perfluorpentaceen) moleculen werden op een goed geordende manier afgezet op het eenkristal van de donormoleculen (pentaceen) door de moleculaire bundel epitaxie (MBE) techniek. De elektronische structuren van de kristallijne pn-overgang werden waargenomen met hoek-opgeloste foto-elektronenspectroscopie en toonden aan dat de laag van de acceptormoleculen de valentieband vormt die het bewijs is van het oproepen van de golf-aard. Het resultaat van de huidige studie toont aan dat de MBE de fabricage van de kristallijne pn-overgang vergemakkelijkt die de golfaard van zowel de elektronen als de gaten naar voren kan brengen.

De functies van organische halfgeleiders kunnen worden afgestemd door de structuren van samenstellende organische moleculen te ontwerpen. De fabricagetechnologie van de kristallijne pn-overgangen met behulp van een verscheidenheid aan organische moleculen stelt ons in staat om het nieuwe concept organische zonnecellen te realiseren met een hoge energieconversie-efficiëntie.