2021 Adv. Energy Mater. (IF 29.368):數學方程式如何預測光伏聚合物所需的分子量

因精准才能頂尖!

光焱科技的 REPS 與 FTPS 系統讓太陽能電池的 Voc 損耗分析變得觸手可及!

  Advance Energy Materials (IF 29.368) 於2021年10月刊登蔚山科學技術院 (UNIST) Changduk Yang、Oh-Hoon Kwon等人的研究成果。體異質結 (Bulk-heterojunction, BHJ) 聚合物太陽能電池 (polymer solar cell, PSC) 以p型共軛聚合物作為供體,結合n型有機半導體作為受體。由於具有結構簡單、重量輕、靈活性強、運用印刷技術可降低製造成本的特性,引起廣泛興趣。BHJ PSC的快速發展,在功率轉換效率 (power conversion efficiency, PCE)方面有超過18%的突破。然而共軛聚合物分子量於不同批次間的差異,仍然存在於BHJ活性層之中,因而導致大分子排序、光電、電荷傳輸特性與料件性能不一致。為了獲得具有可控/可預測分子量的聚合物光伏材料的方法,本篇研究製定了有效的數學方程式,將不同分子量的合成聚合物組合起來,精確地重現所需的聚合物批次。

Schematic illustration of the physical mixing method polymer solar cell

物理混合方法的示意圖。

  研究團隊使用光焱科技的QE-R量子效率測量系統、FTPS傅里葉轉換光電流系統、REPS光伏Voc-loss分析儀與其他儀器協助量測。作者研究了使用合成和混合方法製成的不同分子量PM6聚合物系列之性質,以確定分子量對相關PSC性能的影響。結果發現,隨著Mw達到120 kDa,器件的PCE穩步增加,但在 Mw超過120 kDa的器件中顯著下降。PCE中的這種趨勢與電荷分離效率相關,電荷分離效率是作為共混物中抵消域大小和堆積之間的平衡的函數。此外,在最佳分子量PM6樣品中縮小多分散指數會將PCE提高到約16.5%這種簡單的混合方法應該有助於克服半導體聚合物不可避免的批次間困難,從而加速PSC的商業可行性。

FTPS-EQE spectrum polymer solar cell

a)基於S和M批次的設備的FTPS-EQE頻譜。b)不同注入電流密度下聚合物太陽能電池 (PSC) 的EQEEL光譜。

Power conversion efficiency PBDB-T PTQ10 polymer solar cell

PBDB-T:ITIC(灰色星號)和 PTQ10:Y6(紅色星號)料件的功率轉換效率 (PCE) 與Mw的函數關係。

關鍵字:體異質結、Bulk-heterojunction、太陽能電池、polymer solar cell、數學方程式、mathematical equation、量子效率、Quantum Efficiency、FTPS、REPS

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

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