2021 Nature Energy (IF 60.858):导入环境友善绿色制程,PCE>17%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!

  Nature Energy (IF 60.858) 于2021年11月刊登一个研究。过去几年有机太阳能电池 (Organic solar cell, OSC) 发展迅速,主要原因是非富勒烯受体 (non-fullerene acceptor, NFA) 的发展。在功率转换效率 (power conversion efficiency, PCE) 方面,NFA基于缺电子核心稠环,也被称为Y系列NFA。Y系列NFA可以产生超过18%的高PCE,虽使得OSC具有商业化的价值,却需要透过低沸点和有毒溶剂 (如:氯仿 (chloroform, CF)) 才能达到高效率。然而,在工业发展所希望使用的高沸点和环保溶剂条件下,会使得PCE显着下降。

  此处,研究团队开发了一种独特的客体辅助组装策略,来同时提高在高沸点溶剂 (包括非卤化绿色溶剂) 中的溶解度和分子堆积。做法是引入一个分子BTO,它涉及一个两亲性的低聚 (乙二醇) (OEG) 链作为客体;客体分子BTO在高沸点溶剂中表现出良好的溶解性,并与主体组分 (Y6) 具有出色的兼容性。客体分子 BTO 的关键功能是协助Y6的结晶组织。

chemical structures acceptor BTO Y6 organic solar cell

受体的化学结构和结构表征。

  过程研究团队使用光焱科技的太阳光模拟器、QE-R量子效率测量系统与其他仪器协助量测。结果发现,在使用环保溶剂下,二甲苯 (paraxylene, PX) 加工的OSCPCE超过17%。此外,此方法也适用于刮涂大面积OSC模块 (36 cm2),其PCE超过14%主体和客体分子之间的强分子相互作用也增强了料件的操作稳定性。这项研究为OSC带入下一阶段做出重要贡献,也可以用于优化其他有机电子器件。

  光焱科技量子效率测量系统除了用于太阳能电池的 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。光焱科技的太阳光模拟器与 KA-6000 软件,也同时提供了短路电流对时间变化的监控,以证明太阳能电池的稳定!

photovoltaic performance MPP organic solar cell

料件的光伏性能。 (e) MPP 稳定性测试基于 PM6:Y6 (PX)、PM6:Y6: 20% BTO (PX) 和 PM6:Y6: 20% BTO:PC71BM (PX) 的未封装 OSC,初始 PCE 分别为 11.01%、16.41% 和 17.22%, 在 100 mW cm-2 白色 LED 的照射下储存在 N2 气体中。

non-halogenated solvent-processed module organic solar cell

非卤化溶剂处理模块和料件稳定性。(d)非卤化溶剂处理 OSC 模块的 PCE 在料件面积方面的分布(模块面积 >20 cm2

本文关键词:有机太阳能电池、organic solar cell、客体辅助组装策略、guest-assisted assembly strategy、绿色溶剂、green solvent、太阳光模拟器、Solar Simulator、量子效率、Quantum Efficiency、Sun Simulator

原文:https://doi.org/10.1038/s41560-021-00923-5

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