中心コア回転型コンフォーム受容器 バイナリ有機太陽電池の電流と充填因子を犠牲にすることなく,非放射性損失を抑制することによって20.60%の効率を達成する
Ruohan Wang1, Xiaodong Si1, Le Mei2,3
1State Key Laboratory of Elemento-Organic Chemistry, Frontiers Science Center for New Organic Matter, The Centre of Nanoscale Science and Technology and Key Laboratory of Functional Polymer Materials, Institute of Polymer Chemistry, College of Chemistry, Renewable Energy Conversion and Storage Center (RECAST), Nankai University, Tianjin 300071, China.
新しい有機太陽電池受容体 a-Th2Clとa-Th2Brは,エネルギー損失を減らすことで高い効率を達成します. この設計戦略は,集積による消火を抑制し,有機太陽電池の性能を改善します.
科学分野:
- 材料科学
- オーガニック電子
- 太陽光発電
背景:
- 高効率の有機太陽電池 (OSC) を実現するには,ショート回路電流密度や充填因子などの性能指標を犠牲にすることなく,非放射性エネルギーの損失を最小限に抑えることが必要です.
- 現在の受容器設計戦略は,しばしば結合を拡張することに焦点を当てており,これはエネルギー損失を制御する上で課題をもたらす可能性があります.
研究 の 目的:
- ユニークな中央コア改変アプローチを使用して新しい有機受容体 (a-Th2Clとa-Th2Br) を設計し,合成する.
- 単一結合を介して移植されたハロゲン化されたチオフェンのユニットの分子構成,光物理的特性,および光伏性能への影響を調査する.
- 非放射性損失を削減し,OSCで高い電力変換効率 (PCE) を維持するためのこの設計の可能性を調査する.
主な方法:
- 単一結合のハロゲン化されたチオフェンユニットを特徴とする2つの新しい受容体,a-Th2Clとa-Th2Brの合成.
- 光発光量 (PLQY) を測定して,排出効率を評価する.
- 分子パッキングと集積の行動を決定するX線結晶構造分析.
- 理論的なシミュレーション (例えば,DFT) で,興奮状態の性質と電荷の移転を理解する.
- 合成された受容体とドナーポリマー (PM6) を混合した有機太陽電池の製造と特徴付け.
主要な成果:
- シングルボンド結合により,形状の柔軟性があり,集積によって引き起こされる滅を抑制し,PLQYを強化します.
- X線分析では,a-Th2Brの強いJ集積が示され,独特の分子パッキングが示されました.
- 理論的シミュレーションでは,ベンチマークと比較して,a-Th2Brアグレガートの興奮状態の電荷移転が減少し,光振動器の強さが強化されたことが示された.
- PM6:a-Th2ClとPM6:a-Th2Brで製造された有機太陽電池は,それぞれPCEの19.87%と20.60% (認定20.05%) を達成しました.
- これらの装置は,0.202 eVと0.194 eVの非常に低い非放射性エネルギー損失を示した.
結論:
- 提案された中央コアエンジニアリング戦略は,有機太陽電池の非放射性エネルギー損失を効果的に抑制します.
- このアプローチは,高短路電流密度と充填率を維持し,高電力変換効率をもたらします.
- 設計された受容器は,高性能有機光伏技術の進歩のための重要な可能性を証明しています.
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