超越富勒:为高效的有机光伏设计非富勒受体
Haiyan Li1, Taeshik Earmme, Guoqiang Ren
1Department of Chemical Engineering and Department of Chemistry, University of Washington , 36 Bagley Hall, Seattle, Washington 98195-1750, United States.
Journal of the American Chemical Society
|September 30, 2014
概括
研究人员开发了一种新的3D有机分子,DBFI-T,以改进有机光伏. 这种新的电子受体材料与烯受体相比显示出更高的性能,为更高效的太阳能电池铺平了道路.
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:
- 基于富勒的有机光伏 (OPV) 面临着包括低光伏,高成本和不稳定的局限性.
- 现有的非富勒烯受体 (NFAs) 没有超过基准富勒烯受体[6,6]--C60-黄油酸甲基 (PC60BM) 的性能.
- 对于开发改进的NFA材料,缺乏确定的设计原则.
研究的目的:
- 设计和合成一种具有增强光伏性能的新型非富勒烯受体材料.
- 为OPV应用研究新型3D有机分子的结构-性质关系.
- 建立高性能NFA的设计原则.
主要方法:
- 合成了一种新的多染色体,大尺寸,非平面的3D有机分子,DBFI-T.
- 使用DBFI-T,其平面模拟物 (BFI-P2) 和PC60BM与共同供体 (PSEHTT) 的批量异质连接 (BHJ) 太阳能电池的制造和表征.
- 使用电流-电压测量,外部量子效率 (EQE) 频谱和闪时间分辨率微波导电性 (TRMC) 测量进行性能评估.
主要成果:
- 与PC60BM和BFI-P2.2相比,新型DBFI-T分子表现出优异的电荷光生成和电子接受特性.
- 使用PSEHTT:DBFI-T制造的BHJ太阳能电池实现了5.0%的功率转换效率 (PCE),具有高的短路电流 (10.14 mA/cm2) 和开放电路电压 (0.86 V).
- EQE光谱和TRMC测量证实了有效的电荷转移,并预测了观察到的PCE顺序:PSEHTT:DBFI-T > PSEHTT:PC60BM > PSEHTT:BFI-P2.
结论:
- 大尺寸,多色光,非平面3D分子设计策略对于开发高性能有机光伏材料是有效的.
- DBFI-T代表了非烯接受器开发的重大进步,解决了基于烯的系统的关键局限性.
- 这项工作为未来对高效有机太阳能电池的研究提供了宝贵的见解和设计原则.
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