在有机光伏中实现高效率和稳定性,使用纳米尺度双 p-i-n 结构化活性层
Bin Chang1, Bing-Huang Jiang2, Chih-Ping Chen2,3
1Department of Materials Science and Engineering, National Yang Ming Chiao Tung University, Hsinchu 30010, Taiwan.
ACS applied materials & interfaces
|July 23, 2024
概括
在有机光伏 (OPV) 中使用顺序沉积的新型双 p-i-n 结构显著提高了功率转换效率 (PCE) 和稳定性. 这种先进的设计提供了增强的电荷载体通路,以提高OPV性能.
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:
- 有机光伏 (OPV) 正在探索其高稳定性和功率转换效率 (PCE).
- 序列沉积 (SD) 为OPV活性层提供了大量异质连接 (BHJ) 结构的替代方案.
- 在OPV中的p-i-n结构对于有效的电荷分离和运输至关重要.
研究的目的:
- 开发一种新的纳米级双 p-i-n 结构活性层,用于使用顺序沉积的OPV.
- 为了研究将两个聚合物供体 (PBDBT-DTBT,PTQ-2F) 和一个小分子受体 (BTP-3-EH-4Cl) 纳入OPV性能的影响.
- 为了提高有机光伏设备的功率转换效率 (PCE) 和热稳定性.
主要方法:
- 使用顺序沉积方法制造有机光伏设备.
- 加入PBDBT-DTBT:PTQ-2F混合物作为底层,并将BTP-3-EH-4Cl作为顶层.
- 使用短暂吸收光谱学,二次离子质谱学 (SIMS) 和同步离子放牧发作小角度X射线散射 (GISAXS) 进行了表征.
主要成果:
- 双 p-i-n PBDBT-DTBT:PTQ-2F/BTP-3-EH-4Cl 装置实现了 18.6% 的 PCE,超过了 BHJ (16.4%) 和单 p-i-n (16.6%) 装置.
- 暂时吸收研究表明,由于纳米级电荷载体路径,改善了填充因子和更快的光电流生成.
- 双 p-i-n 装置显示显著增强的热稳定性 (T80 在 85 °C) 906 小时,而单一 p-i-n 装置则为 196 小时.
结论:
- 通过连续沉积制造的纳米级双 p-i-n 结构是提高 OPV 性能的高效策略.
- 这种方法在功率转换效率和运行稳定性方面都带来了显著的改善.
- 这些发现为先进的有机光伏技术的商业化提供了坚实的基础.
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