连接的小分子接收器完善了三元聚合物太阳能电池中的层次形态:增强稳定性和19%的效率

科学领域:

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背景情况:

• 聚合物太阳能电池 (PSC) 提供了高效太阳能转换的潜力,但在批量异质连接 (BHJ) 架构中实现高效率和长期稳定性方面面临挑战.
• 传统的小分子受体 (SMA) 可以导致BHJ混合物中的热力学不稳定性和不利的形态,而绑定的SMA,尽管提高了热稳定性,但可能会表现出与聚合物供体的不良混合性,导致相位分离.
• 开发先进的BHJ结构对于提高PSC性能和耐用性至关重要.

研究的目的:

• 为聚合物太阳能电池 (PSC) 引入一种新的三元器件架构,利用绑定和单质小分子受体 (SMA) 的独特组合.
• 调查特定的SMA混合性特征 (低混合性和高混合性) 与聚合物供体对由此产生的BHJ形态和设备性能的影响.
• 通过通过三元混合物实现的精细等级形态来证明PSC的增强功率转换效率 (PCE) 和运行稳定性.

主要方法:

• 制造一个三元PSC装置,将DY-P2EH (绑定二维SMA) 作为主体受体和BTP-ec9 (单体SMA) 作为二次受体,并将PM6作为聚合物供体.
• 描述BHJ混合物形态,重点关注由平行连接的三元系统产生的等级和稳定的结构.
• 三元器件的性能评估,包括填充因子 (FF) 和功率转换效率 (PCE) 的测量,以及在热应力下 (85°C1100小时) 的加快老化测试.

主要成果:

• 三元装置实现了 80.61% 的高填充系数和 19.09% 的功率转换效率 (PCE).
• 低混合性和高混合性SMA与聚合物供体的独特组合导致了平行连接的三元BHJ混合物,具有稳定,层次的形态.
• 三元PSC表现出异常稳定性,在85°C的1100小时热应力后,它保留了超过85%的初始PCE.

结论:

• 结合精心挑选的绑定式和单体式SMAs的三元器件架构可以显著提高PSC性能和寿命.
• 与聚合物供体混合的SMA的战略设计是实现稳定,层次的BHJ形态的关键,这对于有效的太阳能转换至关重要.
• 这项研究强调了在先进的三元PSC设计中绑定SMA的潜力,以开发更高效和更持久的太阳能技术.