过渡双极策略提升有机太阳能电池的高度定向自组装单层,效率接近21%
Hongyu Mou1, Yue Yin1, Haiyang Chen1
1Laboratory of Advanced Optoelectronic Materials, Suzhou Key Laboratory of Novel Semiconductor-optoelectronics Materials and Devices, State Key Laboratory of Bioinspired Interfacial Materials Science, College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Soochow University, Suzhou 215123, China.
一种基于碳醇的新材料 (Th-Cz) 通过优化分子排列和结晶动力学来提高有机双极时刻的性能,从而实现创纪录的功率转换效率.
科学领域:
- 材料科学
- 有机电子
- 太阳能发电
背景情况:
- 基于2PACz的自组装单层 (SAM) 对于高性能有机太阳能电池 (OSC) 是至关重要的.
- 然而,2PACz的小二极矩限制了工作功能的调制,并导致界面能量损失.
- 在2PACz中失序的双极方向阻碍了有效的孔取.
研究的目的:
- 为OSC开发一种新的SAM材料,其双极相互作用和工作功能的调制得到改善.
- 调查增强的二极矩对分子排列和界面能量损失的影响.
- 在OSC的活性层中优化结晶动态和电荷传输.
主要方法:
- 将硫基组移植到碳醇上,以创建新的SAM材料 (Th-Cz).
- 描述二极子时刻,分子排列和工作功能的Th-Cz SAM.
- 分析Th-Cz对活性层结晶和相分离的影响.
- 使用Th-Cz作为孔输送层 (HTL) 制造和测试OSC.
主要成果:
- 由于短暂的共振结构,Th-Cz与2PACz相比呈现两倍大的双极矩.
- 这导致了有序的双极定向,更高的工作功能,并抑制了界面能量损失.
- Th-Cz 在接受器之前促进了供体结晶,使垂直相分离和平衡电荷流动性成为可能.
- 使用Th-Cz的OSC实现了创纪录的功率转换效率 (PCE) 19.34% (PM6:Y6) 和20.91% (D18-Cl:N3:AT-β2O),包括柔性设备 (19.63%).
结论:
- 通过改善界面特性和活性层形态,Th-Cz SAM材料显著提高了OSC性能.
- 增强的双极相互作用和受控的结晶动态是实现高PCE的关键.
- Th-Cz代表了高效和灵活的有机太阳能电池设计的突破.
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