输送/接收接口的分子控制抑制电荷重组,使高效单元有机太阳能电池成为可能
Yao Li1, Richard A Pacalaj2, Yongmin Luo1
1Advanced Materials Thrust, Function Hub, The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou), Nansha, Guangzhou, 511400, P. R. China.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|August 28, 2024
概括
在有机太阳能电池中优化双线聚合物通过减少电荷重组实现了13.85%的效率. 分子设计增强了电荷移位和载体寿命,提高了性能.
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:
- 单组件有机太阳能电池 (OSC) 与传统的二元混合OSC相比,提供了加工优势.
- 双电缆聚合物 (DCP) 是单元OSC的有前途的材料类别,可实现高效的电荷生成和传输.
- 之前的DCP,如DCPY2,表现出高效率,但面临与充电重组相关的挑战.
研究的目的:
- 为了优化单元有机太阳能电池的双电缆聚合物DCPY2的性能.
- 研究DCPY2.2.中的分子结构,形态和电荷重组动态之间的关系.
- 为了增强电荷载体移位和减少非结合的重组途径.
主要方法:
- DCPY2的分子工程是通过将基链接器引入空间分离的供体和受体单元.
- 优化膜形态使用1,8-二二多多 (DIO) 作为添加剂.
- 光伏性能的表征,包括功率转换效率 (PCE),填充因子 (FF) 和短路电流 (Jsc).
- 分析电荷重组速率和电荷载体动态,使用敏感于波函数重叠和域大小的技术.
主要成果:
- DCPY2在高填充因子下实现了13.85%的创纪录功率转换效率,并保持了短路电流.
- 与二进制混合物相比,在DCPY2中观察到较低的非结合的重组率,这归因于通过空间分离的供体/接受体单元通过受限的重组途径.
- 添加5%的DIO促进了受体聚合,增加了伪纯域大小,并通过增强电荷移位来进一步减少重组.
- 尽管有了改进,填充因子仍然受到移动性的限制,这表明通过改进的分子包装来进一步增强的潜力.
结论:
- 在DCP中,在供体/接受体接口上的细分子控制对于减少非结合重组和提高OSC性能至关重要.
- 像DIO这样的添加剂可以有效调节形态,增强电荷移位,从而减少重组.
- 通过更高维度的包装,进一步改善电荷载体的移动性是必要的,以充分实现双线电缆聚合物太阳能电池的潜力.
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