2021 Adv. Mater. (IF 30.849), 16.2% PCE & 75.6% FF 全小分子有机太阳能电池

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!

  Advanced Materials (IF 30.849) 于2021年11月发表一项研究成果。北卡罗来纳州立大学 Harald Ade 和纳米科学中心 Zhixiang Wei 等人透过有序分子堆积的高混溶性,使全小分子有机太阳能电池 (ASM-OSC) 的效率达到 16.2%。

  与聚合物太阳能电池 (PSCs) 相比,由小分子供体和小分子受体组成的全小分子有机太阳能电池 (ASM-OSCs) 可溶液加工,而其分子结构与器件性能之间的关系更容易建立。在 ASM-OSC 中,高短路电流 (Jsc) 通常采用小的相分离,而高填充因子 (FF) 通常在高度有序的堆积系统中实现。然而,两者却总是相互冲突,导致 Jsc 和 FF 相互限制。

  为了缓解这项困境,研究团队提出了透过调节同分子和异分子相互作用,同时获得良好混溶性和有序堆积。他们将小分子供体中的烷基硫醇化侧链从对位移动到间位,开发了两种新型小分子供体:P-PhS 和 M-PhS。此时,供体表面张力和分子平面性同步增强,和受体 BTP-eC9 产生良好的混溶性和强大的自组装能力。

ASM-OSC solar cells structure Voc-loss analysis EQE IPCE

  研究结果显示,这个方法实现了多长度规模区间和高度有序堆积的优化形态。透过光焱科技 REPS 光伏 Voc-loss 分析仪、FTPS 傅里叶转换光电流光谱系统与其他仪器进行分析,器件展现出较长的载流子寿命 (39.8 μs) 和快速电荷收集 (15.5 ns),并获得了 16.2% 的效率、75.6% 的高 FF 和 25.4 mA cm-2 的 Jsc。这些结果表明,同时获得良好混溶性和高结晶度可能是提高 ASM-OSC 性能的设计准则。

Jsc PCE ASM-OSC solar cells Voc-loss analysis EQE IPCE
ASM-OSC solar cells Voc EQE IPCE PCE
EQE spectra Electroluminescence quantum efficiency curve

a) 电致发光量子效率曲线; b) 高度敏感混合薄膜的 EQE 光谱。

关键词:全小分子有机太阳能电池、 ASM-OSC、 Voc 损耗分析、小分子供体、结构调节

原文: https://doi.org/10.1002/adma.202106316

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