2021 Energy Environ. Sci. (IF 38.532):選擇合適的第三組件於三元OSC之策略

因精准才能頂尖!

  Energy & Environmental Science (IF 38.532) 近期刊登一項研究。有機太陽能電池 (Organic solar cell, OSC) 因其成本低、重量輕和易於製造的獨特優點,被認為是一種很有前途的太陽能轉換技術。使用包含兩個供體/一個受體或一個供體/兩個受體的三元OSC是提高器件功率轉換效率 (power conversion efficiency, PCE) 的有效方法。然而,很少有人關注如何選擇合適的第三組件。此篇提出了一種在基於非富勒烯受體的三元OSC中,選擇第三組件的策略。

  透過使用與宿主受體相同的中心單元以及單個氟化端基,設計的非富勒烯受體可以成功地作為三元OSC中的第三組件。遵循此原則,作者們合成了三種非富勒烯受體BTP-FY6-FL8-BO-F,將其分別作用於PM6:BTP-eC9PM6:Y6D18-Cl:L8-BO合成為三元OSC中的第三組件。

JV PCE EQE binary and ternary organic solar cell

(e) 二元和三元 OSC 的 J-V 曲線。 (f) 二元和三元 OSC 的 PCE 值的直方圖。 (g) 二元和三元 OSC 的 EQE 光譜。 實線表示二元和三元器件的綜合 Jsc 值。

  過程中作者使用光焱科技QE-R量子效率測量系統等儀器進行實驗並標定OSC。結果發現,與二元組件相比,所有的三元組件都有更高的PCE。其中,優化後的PM6:BTP-eC9三元OSC表現出18.45%的高PCE與主系統相比,也顯示出卓越的穩定性。另外也發現,將BTP-F引入三元混合物中,增加了電荷傳輸,改善了活性層形態並減少了非輻射複合,從而同時提高短路電流、填充因子和開路電壓。這些結果不僅為如何選擇三元OSC的第三組件設計提供了一般策略,也為若要進一步開發高性能OSC,提供新的途徑。

  量子效率測量系統除了用於鈣鈦礦太陽能電池的EQE (External Quantum Efficiency) 光譜分析,同時對於太陽能電池在太陽光模擬器下的短路電流,也提供了Jsc (short-circuit current density)的比對,以證明實驗的真確性!

high PCE ternary organic solar cell
voltage loss table binary and ternary organic solar cell

二元和三元太陽能電池中的總電壓損耗 (Vloss) 值和對 Vloss 的不同貢獻。

本文關鍵字:有機太陽能電池、organic solar cell、三元OSC、ternary OSC、量子效率、Quantum Efficiency

原文: https://doi.org/10.1039/D1EE01864G

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