太阳能电池的效率,自我组装,以及同态窄带间隙分子的二极极相互作用
Christopher J Takacs1, Yanming Sun, Gregory C Welch
1Center for Polymers and Organic Solids, Department of Chemistry & Biochemistry, University of California, Santa Barbara, California 93106, USA.
Journal of the American Chemical Society
|September 7, 2012
概括
分子结构显著影响有机太阳能电池的性能. 有特定电子受体 (PT) 的对称分子设计促进有序的薄膜和更高的功率转换效率 (PCE),与无序的基于BT的分子不同.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 有机电子 有机电子
- 太阳能光伏发电是如何实现的
背景情况:
- 可溶液加工的有机分子对于具有成本效益的太阳能电池制造至关重要.
- 分子设计,包括双极时刻和形状稳定性,影响材料自组装和设备性能.
- 具有捐赠-接受 (D-A) 结构的电荷转移染色体是有机光伏的关键组成部分.
研究的目的:
- 调查分子结构 (双极时刻,形状) 与D(1) -A-D-A-D(1) 染色体的自我组装和太阳能电池性能之间的相关性.
- 为了比较不同缺电子受体单元 (2,1,3-二甲 (BT) 和[1,2,5]二甲[3,4-c]里丁 (PT)) 对分子排序和光伏性能的影响.
- 评估受体区域化学和对称性对薄膜形态和功率转换效率 (PCE) 的影响.
主要方法:
- 合成和表征等态的,可处理溶液的D(1) -A-D-A-D(1) 分子.
- 紫外可见光谱法用于分析光学特性.
- 场效应晶体管 (FET) 和太阳能电池设备的制造和测试.
- 放牧事件广角X射线散射 (GIWAXS) 和传输电子显微镜 (TEM) 用于薄膜形态分析.
- 混合研究与烯衍生物PC71BM.Blend研究.
主要成果:
- 对称的含有PT的化合物 (1和2) 在与1,8-二二多中处理时,形成了高度排序的混合薄膜,供体晶体体尺寸为15-35nm.
- 这些对称的PT化合物实现了7.0%和5.6%的最高功率转换效率 (PCE).
- 一种不对称的PT化合物 (3) 表现出较低的PCE (3.2%),而基于BT的化合物 (4) 导致乱的膜和非常低的PCE (<0.2%).
结论:
- 接受器单元的方向和电子性质强烈影响D-A-D-A-D染色体中的分子自组和薄膜排序.
- 结合PT接受器的对称分子设计促进了增强的分子包装和改善的光伏性能.
- 从接受器的选择和方向而产生的双极时刻和几何因素对于优化有机太阳能电池效率至关重要.
