高効率のポリマー太陽電池は,メチル化ポリマードナーとブロミン化受容体の間のゼロ最高占有分子軌道オフセットで効率的な穴移転を行う
Chenkai Sun1,2, Shucheng Qin1,2, Rui Wang3
1Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, CAS Key Laboratory of Organic Solids , Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences , Beijing 100190 , China.
Journal of the American Chemical Society
|January 7, 2020
まとめ
高性能ポリマー太陽電池 (PSC) は,ゼロの最高占有分子軌道 (HOMO) オフセットを持つ新しいドナー-受容器ペアを使用して16.32%の電力変換効率 (PCE) を達成します. この画期的な発見は,PSC技術の進歩により,最小限のエネルギーレベル差でも効率的な充電が可能であることを示しています.
科学分野:
- 材料科学
- オーガニック電子
- 太陽光発電
背景:
- 高性能ポリマー太陽電池 (PSC) の場合,小さな境界の分子軌道偏移で効率的な電荷移転が不可欠です.
- PSCの電力変換効率 (PCE) を最大化するには,ドナー-受容器のエネルギーレベルを最適化することが重要です.
研究 の 目的:
- 新しいブロードバンドギャップポリマードナー (PTQ11) と新しいローバンドギャップ受容体 (TPT10) を合成して評価する.
- PTQ11-TPT10システムに基づくPSCの性能を調査し,最も高い分子軌道 (HOMO) のオフセットをゼロにします.
- HOMOオフセットゼロのPSCで高いPCEに寄与するチャージ転送ダイナミクスと要因を理解する.
主な方法:
- 新しい広帯域ギャップドナーPTQ11と低帯域ギャップ受容体TPT10の合成
- PTQ11-TPT10ベースのポリマー太陽電池の製造と特徴付け
- フロンティア分子軌道エネルギーレベル (HOMOとLUMO) とデバイス性能指標 (PCE,Voc,Jsc,FF) の分析
主要な成果:
- PTQ11-TPT10ベースのPSCは, 16.32%の高い電力変換効率 (PCE) を達成しました.
- 装置は,ドナーと受容体間のゼロ最高占有分子軌道 (HOMO) オフセット (ΔEHOMO(D-A)) を示した.
- PSCは,0.88Vの高いオープン回路電圧 (Voc),24.79mA cm-2の大きなショート回路電流密度 (Jsc),および74.8%の高い充填率 (FF) で優れた性能を示した.
結論:
- 効率的なエクシトン解離と穴移転は,ゼロのHOMOオフセットでPSCで達成可能である.
- 開発されたPTQ11-TPT10システムは,重要なエネルギーレベルオフセットなしにPSCで高いPCEを達成する可能性を実証しています.
- これらの発見は,チャージ転送メカニズムに関する貴重な洞察を提供し,高効率のPSCを開発するための有望な戦略を提供します.
さらに関連する動画
09:32Well-aligned Vertically Oriented ZnO Nanorod Arrays and their Application in Inverted Small Molecule Solar Cells
Published on: April 25, 2018
9.0K
06:49In situ Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering on Roll-To-Roll Coating of Organic Solar Cells with Laboratory X-ray Instrumentation
Published on: March 2, 2021
6.6K
関連する概念動画
π Molecular Orbitals of 1,3-Butadiene
11.1K
Conjugated dienes have lower heats of hydrogenation than cumulated and isolated dienes, making them more stable. The enhanced stabilization of conjugated systems can be understood from their π molecular orbitals.
The simplest conjugated diene is 1,3-butadiene: a four-carbon system where each carbon is sp2-hybridized and has an unhybridized p orbital that contains an unpaired electron. According to molecular orbital theory, atomic orbitals combine to form molecular orbitals such that the number...
The simplest conjugated diene is 1,3-butadiene: a four-carbon system where each carbon is sp2-hybridized and has an unhybridized p orbital that contains an unpaired electron. According to molecular orbital theory, atomic orbitals combine to form molecular orbitals such that the number...
11.1K
P-N junction
1.0K
A p-n junction is formed when p-type and n-type semiconductor materials are joined together. At the interface of the p-n junction, holes from the p-side and electrons from the n-side begin to diffuse into the opposite sides due to the concentration gradient. This diffusion of carriers leads to a region around the junction where there are no free charge carriers, known as the depletion region. The charge density within the depletion region for the n-side and p-side can be described by the...
1.0K
