矿合NIR有机混合太阳能电池达到84.2%的填充因子和25.2%的效率:全面的机械探索
Chieh-Ming Hung1, Chia-Jen Chih1, Kuo-Hsiu Huang2
1Department of Chemistry, Center for Emerging Materials and Advanced Devices, National Taiwan University, Taipei, 106319, Taiwan.
Angewandte Chemie (International ed. in English)
|March 6, 2025
概括
一种新的基于的近红外 (NIR) 染料CB-2Se通过提高兼容性和电荷传输,提高矿太阳能电池 (PSC) 的效率至25.18%. 这一发展为先进的太阳能应用提供了更好的稳定性和对NIR染料集成的宝贵见解.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 太阳能光伏发电是如何实现的
- 有机电子 有机电子
背景情况:
- 矿太阳能电池 (PSC) 在利用近红外光子 (NIR) 提高能量转换方面面临着挑战.
- 有机染料正在探索将光吸收扩展到NIR光谱中,但兼容性和电荷动态仍然是关键障碍.
研究的目的:
- 开发一种新型的内含的基于ortho-benzodipyrrole的NIR染料 (CB-2Se),以提高矿太阳能电池的性能.
- 研究包含CB-2Se染料的PSC中的光物理相互作用和电荷动态.
- 为了提高PSC的功率转换效率 (PCE) 和长期稳定性,使用CB-2Se:PCBM混合物.
主要方法:
- 合成了一种新的NIR染料CB-2Se,带有1.35 eV的带隙.
- 使用CB-2Se:PCBM混合物制造散装异质连接PSC用于电子提取.
- 描述PSC性能,包括功率转换效率 (PCE),开路电压 (VOC),短路电流密度 (JSC) 和填充因子.
- 在环境条件下评估设备的长期稳定性.
- 使用femtosecond短暂吸收光谱学的光物理相互作用的研究.
主要成果:
- 设计用于抑制自我聚合的CB-2Se染料与其他受体相比,与PCBM的兼容性更好.
- 一个结合CB-2Se:PCBM的PSC实现了创纪录的PCE25.18%,超过了参考设备.
- CB-2Se:PCBM混合物显著提高了设备的稳定性,在1000小时后保持88%的效率.
- 五秒短暂吸收光谱显示了超快的激子分离 (<200 fs) 并检测到从CB-2Se返回矿的新型孔转移.
结论:
- 开发的CB-2Se染料在PSC中对NIR光子利用非常有效,从而实现了创纪录的效率.
- CB-2Se:PCBM混合物为矿太阳能电池提供了增强的兼容性和改善的长期稳定性.
- 该研究提供了对电荷动态的关键见解,包括超快的激子分离和后孔转移,这对于优化NIR敏感PSC至关重要.
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