2021 Adv. Energy Mater. (IF 29.368):数学方程式如何预测光伏聚合物所需的分子量

因精准才能顶尖!

光焱科技的 REPS 与 FTPS 系统让太阳能电池的 Voc 损耗分析变得触手可及!

  Advance Energy Materials (IF 29.368) 于2021年10月刊登蔚山科学技术院 (UNIST) Changduk Yang、Oh-Hoon Kwon等人的研究成果。体异质结 (Bulk-heterojunction, BHJ) 聚合物太阳能电池 (polymer solar cell, PSC) 以p型共轭聚合物作为供体,结合n型有机半导体作为受体。由于具有结构简单、重量轻、灵活性强、运用印刷技术可降低制造成本的特性,引起广泛兴趣。BHJ PSC的快速发展,在功率转换效率 (power conversion efficiency, PCE)方面有超过18%的突破。然而共轭聚合物分子量于不同批次间的差异,仍然存在于BHJ活性层之中,因而导致大分子排序、光电、电荷传输特性与料件性能不一致。为了获得具有可控/可预测分子量的聚合物光伏材料的方法,本篇研究制定了有效的数学方程式,将不同分子量的合成聚合物组合起来,精确地重现所需的聚合物批次。

Schematic illustration of the physical mixing method polymer solar cell

物理混合方法的示意图。

  研究团队使用光焱科技的QE-R量子效率测量系统、FTPS傅里叶转换光电流系统、REPS光伏Voc-loss分析仪与其他仪器协助量测。作者研究了使用合成和混合方法制成的不同分子量PM6聚合物系列之性质,以确定分子量对相关PSC性能的影响。结果发现,随着Mw达到120 kDa,器件的PCE稳步增加,但在 Mw超过120 kDa的器件中显著下降。PCE中的这种趋势与电荷分离效率相关,电荷分离效率是作为共混物中抵消域大小和堆积之间的平衡的函数。此外,在最佳分子量PM6样品中缩小多分散指数会将PCE提高到约16.5%这种简单的混合方法应该有助于克服半导体聚合物不可避免的批次间困难,从而加速PSC的商业可行性。

FTPS-EQE spectrum polymer solar cell

a)基于S和M批次的设备的FTPS-EQE频谱。b)不同注入电流密度下聚合物太阳能电池 (PSC) 的EQEEL光谱。

Power conversion efficiency PBDB-T PTQ10 polymer solar cell

PBDB-T:ITIC(灰色星号)和 PTQ10:Y6(红色星号)料件的功率转换效率 (PCE) 与Mw的函数关系。

本文关键词:体异质结、Bulk-heterojunction、太阳能电池、polymer solar cell、数学方程式、mathematical equation、量子效率、Quantum Efficiency、FTPS、REPS

原文:https://doi.org/10.1002/aenm.202102594

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