纤维宽度和量子效率之间的普遍相关性在基于二甲基基烯的聚合物太阳能电池中
Weiwei Li1, Koen H Hendriks, Alice Furlan
1Molecular Materials and Nanosystems, Eindhoven University of Technology , P.O. Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands.
Journal of the American Chemical Society
|November 28, 2013
概括
研究人员发现,基于dketopyrrolopyrrole (DPP) 的聚合物太阳能电池中的纤维宽度直接影响了它们的效率. 较窄的纤维,小于12纳米,导致更高的外部量子效率 (EQE) 的光子到电子转换.
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:
- 基于二甲 (DPP) 的合聚合物是有机太阳能电池的有希望的材料.
- 活性层的形态显著影响设备的性能.
- 了解微观结构和效率之间的关系对于优化有机光伏设备至关重要.
研究的目的:
- 在基于DPP的聚合物太阳能电池中,建立纤维状微观结构和外部量子效率 (EQE) 之间的直接相关性.
- 研究聚合物侧链和混合物形态如何影响电荷生成.
- 为了确定最大限度地提高太阳能电池性能,最优的纤维宽度.
主要方法:
- 合成六种基于DPP的合聚合物,具有不同丰富电子的细分和2'-脱四甲 (DT) 侧链.
- 使用DT-DPP聚合物和[6,6]--C71-黄油酸甲基 ([70]PCBM) 作为接受器制造大量的异质连接太阳能电池.
- 使用传输电子显微镜 (TEM) 来确定纤维宽度的混合物形态的表征.
- 测量制造的太阳能电池的外部量子效率 (EQE) 和功率转换效率 (PCE).
主要成果:
- 在DT-DPP:PCBM混合物中观察到纤维宽度和EQE之间的明显相关性:[70]PCBM混合物.
- 最高的EQE (高达60%) 和PCE (7.1%) 是通过纤维宽度低于12 nm的纤维宽度实现的.
- 对于具有更宽纤维 (>12 nm) 的混合物,EQE显著下降,这是由于激子扩散有限.
- 纤维宽度与聚合物可溶性相反相关,可溶性较低的聚合物产生较窄的纤维.
结论:
- 混合物中的纤维宽度是一个关键参数,决定了基于DPP的有机太阳能电池的电荷生成效率.
- 这类材料的纤维宽度和EQE之间存在普遍关系,这表明形态控制是关键.
- 优化聚合物溶解度对于实现狭窄纤维状微结构和高性能有机太阳能电池至关重要.
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