高効率のフラーレンのない有機太陽電池は,最も高い分子軌道オフセットでほぼゼロで動作する
Shuixing Li1, Lingling Zhan1, Chenkai Sun2
1MOE Key Laboratory of Macromolecular Synthesis and Functionalization, State Key Laboratory of Silicon Materials, Department of Polymer Science and Engineering , Zhejiang University , Hangzhou 310027 , P.R. China.
Journal of the American Chemical Society
|January 29, 2019
まとめ
高性能な有機太陽電池 (OSC) は,ほぼゼロの最高占有分子軌道 (HOMO) のオフセットで達成できます. この研究は,充電伝送のダイナミクスを明らかにし,フルレンフリーOSCにおける主要な性能制限として二分子再結合を特定します.
科学分野:
- 材料科学
- オーガニック電子
- 太陽光発電
背景:
- オーガニック・ソーラー・セル (OSC) は,従来の太陽光発電の代替品として有望です.
- OSCの安定性と性能を改善するために,フルレンフリードナー:アクセプター (D:A) の混合物が研究されている.
- エネルギーレベルアラインメントの役割,特に最も高い分子軌道 (HOMO) のオフセットを理解することは,電荷転送とデバイスの効率を最適化するために不可欠です.
研究 の 目的:
- フルレンフリーOSCにおける電荷移転ダイナミクスに対する異なるHOMOオフセットの影響を調査する.
- 装置の特徴に基づいて穴の移転傾向を予測する方法を確立する.
- 高効率のOSCのパフォーマンスを制限する重要な要因を特定する.
主な方法:
- 穴の移転を評価するための2層の穴のみの装置の製造と特徴付け.
- 超高速電荷伝送のダイナミクスを研究するために,一時的な吸収スペクトルの測定.
- オーガニック・ソーラー・セル装置のパラメータの分析
主要な成果:
- バイヤーの穴のみの装置の非対称性は,有機太陽電池の充填因数 (FF) と短路電流密度 (Jsc) と相関する.
- 穴移転は,HOMOオフセット ≥0 eVでは超高速 (≤4.6 ps),マイナスオフセットでは著しく遅い (∼400 ps).
- 高電力変換効率 (PCE) 10.42%と11.75%は,ほぼゼロのHOMOオフセット (0と0.06 eV) で達成されました.
結論:
- 高性能フルレンフリーOSCは,ほぼゼロのHOMOオフセットで効果的に動作できます.
- 負の値の電荷移転ダイナミクスはHOMOオフセットとは大きく異なりますが,負のオフセットには非常に敏感です.
- 二分子再結合は,より高いOSC性能を達成するための主要な制限として特定されています.
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