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2021 Advanced Materials (IF 30.849):如何利用低成本策略改善非富勒烯有机太阳能电池

SS-X 太阳光模拟器使效率突破成为可能!
因精准才能顶尖!

  Advanced Materials (IF 30.849) 期刊在2021年10月刊登一项研究。由于有机太阳能电池(organic solar cell, OSC)有颜色可调、半透明和重量轻等优点,在可穿戴/便携式电子产品和现代建筑方面具有巨大的潜力。由共轭聚合物供体和非富勒烯小分子受体 (nonfullerene small molecule acceptor, NF-SMA) 组成的高性能OSC可以快速提升效率。尽管如此,许多聚合物供体拥有高刚度及非常脆的小分子受体的特性,这限制了它们在可穿戴设备中的应用。为提高NF-SMA聚合物的拉伸性和降低刚度,作者们成功在聚合物加入低成本的商业热塑性弹性体聚苯乙烯嵌段 (乙烯-ran-丁烯) –嵌段聚苯乙烯 (SEBS)」以保持高效率。使用PM6:N3作为的系统,本研究彻底表征了具有不同SEBS含量的聚合膜的机械性能、表面形态、体相结构、分子顺序和光伏性能。

chemical structure thermoplastic elastomer SEBS organic solar cell

(a)本研究中使用的聚合物供体和不含富勒烯的小分子受体材料的分子结构。(b)纯热塑性弹性体薄膜的二维GIWAXS图案。 插图是热塑性弹性体SEBS的化学结构。

  作者使用光焱科技太阳光模拟器、QE-R量子效率测量系统与其他仪器协助量测。结果发现,在得到的PM6:N3:SEBS共混薄膜中,COS随着SEBS重量含量增加而逐渐增加,在一定应变 (30%) 拉伸下,其模量和裂纹尺寸单调递减。另外添加少量SEBS可以改善面外π–π堆积和正面碎片,同时对PM6/N3相分离的影响很小。这种机械性能改进策略,在其他一些OSC混合系统中表现出出色的适用性,例如:PBQx-TF:eC9-2Cl和PBDB-T:ITIC。更重要的是,这种复杂的三元混合物的弹性模量可以很容易通过力学模型被预测。因此,加入热塑性弹性体是一种可广泛适用且具有成本效益的策略,可改善非富勒烯OSC及其他方面的机械性能。这种具有独特化学结构的新兴聚合物也值得进一步探索。

  量子效率测量系统除了用于钙钛矿太阳能电池的EQE (External Quantum Efficiency)光谱分析,同时对于太阳能电池在太阳光模拟器下的短路电流,也提供了Jsc (short-circuit current density)的比对,以证明实验的真确性。同时光焱科技的太阳光模拟器KA-6000软件,提供了短路电流对时间变化的监控,以证明钙钛矿太阳能电池的稳定!

PM6N3SEBS ternary blend films organic solar cell

(b)通过 FOE 方法测量的PM6:N3:SEBS三元共混薄膜的弹性模量。

density-voltage characteristic ternary OSC

(a)基于PM6:N3:SEBS混合物的三元OSC的常规配置。(b)在基于PM6:N3:SEBS混合物的优化条件下,三元OSC的典型电流密度-电压特性。

本文关键词:热塑性弹性体、thermoplastic elastomer、有机太阳能电池、organic solar cell、太阳光模拟器、Solar Simulator、量子效率、Quantum Efficiency、Sun Simulator、Light Simulator

原文:https://doi.org/10.1002/adma.202106732

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