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2021 Adv. Mater. (IF 30.849), 16.2% PCE & 75.6% FF 全小分子有機太陽能電池

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!

  Advanced Materials (IF 30.849) 於2021年11月發表一項研究成果。北卡羅來納州立大學 Harald Ade 和納米科學中心 Zhixiang Wei 等人透過有序分子堆積的高混溶性,使全小分子有機太陽能電池 (ASM-OSC) 的效率達到 16.2%。

  與聚合物太陽能電池 (PSCs) 相比,由小分子供體和小分子受體組成的全小分子有機太陽能電池 (ASM-OSCs) 可溶液加工,而其分子結構與器件性能之間的關係更容易建立。在 ASM-OSC 中,高短路電流 (Jsc) 通常採用小的相分離,而高填充因子 (FF) 通常在高度有序的堆積系統中實現。然而,兩者卻總是相互衝突,導致 Jsc 和 FF 相互限制。

  為了緩解這項困境,研究團隊提出了透過調節同分子和異分子相互作用,同時獲得良好混溶性和有序堆積。他們將小分子供體中的烷基硫醇化側鏈從對位移動到間位,開發了兩種新型小分子供體:P-PhS 和 M-PhS。此時,供體表面張力和分子平面性同步增強,和受體 BTP-eC9 產生良好的混溶性和強大的自組裝能力。

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

  研究結果顯示,這個方法實現了多長度規模區間和高度有序堆積的優化形態。透過光焱科技 REPS 光伏 Voc-loss 分析儀、FTPS 傅里葉轉換光電流光譜系統與其他儀器進行分析,器件展現出較長的載流子壽命 (39.8 μs) 和快速電荷收集 (15.5 ns),並獲得了 16.2% 的效率、75.6% 的高 FF 和 25.4 mA cm-2 的 Jsc。這些結果表明,同時獲得良好混溶性和高結晶度可能是提高 ASM-OSC 性能的設計準則。

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) 電致發光量子效率曲線; b) 高度敏感混合薄膜的 EQE 光譜。

關鍵字:全小分子有機太陽能電池、 ASM-OSC、 Voc 損耗分析、小分子供體、結構調節

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

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