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2023 Science China Chemistry,陳永勝、萬相見、丁黎明聯手優化有機疊層太陽能電池,透過非富勒稀的取代物添加,效率達19.55% Science China社群封面

2023 Science China Chemistry,陈永胜、万相见、丁黎明聯手優化有機疊層太陽能電池,透過非富勒稀的取代物添加,效率達19.55%!

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       有機太陽能電池被認為是第三代太陽能電池。它們的開發是為了改進前幾代太陽能電池,包括第一代矽晶太陽能電池和第二代薄膜太陽能電池。而有機太陽能電池由有機材料製成,如碳和氫,重量輕,靈活,而且相對容易生產。

       有機太陽能電池的優點包括成本低、靈活性強、重量輕和效率高。它們也比較容易製造和安裝。但有機太陽能電池的缺點也包括:與其他類型的太陽能電池相比,其效率相對較低,而且容易受到環境因素的影響,如熱、濕和紫外線輻射。更重要的,有機太陽能電池的壽命比傳統的矽晶太陽能電池短,需要更多的維護。

       為了克服有機太陽能電池材料上先天缺點,光伏領域研究學者漸漸著手研究疊層太陽能電池,透過將堆疊太陽能電池的方式,將幾層不同類型的太陽能電池組成一個疊層太陽能電池,由於每一層都經過優化以捕獲不同波長的光。這使得疊層太陽能電池更有效率的轉化,最大限度地提高效率,並提供比單獨的有機太陽能電池更長的壽命、更高的轉化效率,也因此如何在更進一步提升疊層太陽能電池,成為了該領域的重要研究方向。

      為使疊層太陽能電池的轉換效率更進一步提升,Science China Chemistry 於2023年1月刊登一則報導,光伏領域知名研究學者陳永勝教授(南開大學)和萬相見教授研究團隊與丁黎明研究員(國家納米科學中心) 共同合作研究,利用了串聯式疊層裝置的優化方式,有效提升了有機太陽能電池的轉換效率,有整體吸收範圍擴展,並降低了熱化與傳輸上的損耗,並利用了 FBr-ThCl BTP-4Se這兩種非富勒稀的取代物,分別使用在前置電池與後置電池上,讓該疊層電池可以從300~1000nm範圍間互補吸收,如此一來,前置電池(基於 D18:FBr-ThCl )展現出1.053 V 的 Voc 值,且具有300~740nm的高EQE(外部量子效率)值;而後置電池(具有三元活性層 PM6:BTP-4Se: F-2F),經優化後可達到0.840 V 的 Voc值以及 26.88 mA cm-2的 Jsc 值。

       除針對前、後置電池優化外,更使用ZnO/PEDOT:PSS/PMA的全溶液加工互連層,構建了串聯器件,並透過光焱科技(Enlitech)的太陽光模擬器(SS-X系列)以及量子效率檢測儀(QE-R)量測實驗結果,並透過光焱科技所打造的鈣鈦礦及有機疊層太陽能電池專用Voc損耗分析系統(REPS) 進行分析Voc損耗並改良研究,最終成果整體PCE(功率轉換效率)達到19.55%,Voc為1.880 V,Jsc為13.25 mA cm-2,FF為78.47%。

2023 Science China Chemistry,陳永勝、萬相見、丁黎明聯手優化有機疊層太陽能電池,透過非富勒稀的取代物添加,效率達19.55% 01

(a) FBr-ThCl薄膜的歸一化PL和紫外-可見吸收光譜。PM6:BTP-4Se和PM6:BTP-4Se:F-2F的Egopt分  別由BTP-4Se和 BTP-4Se:F-2F的歸一化吸收光譜和PL光譜的交叉點決定。(b) D18:FBr-ThCl的EQEEL光譜。

 

2023 Science China Chemistry,陳永勝、萬相見、丁黎明聯手優化有機疊層太陽能電池,透過非富勒稀的取代物添加,效率達19.55% 02

                       (a) BTP-4Se 薄膜和 (b) BTP-4Se:F-2F 薄膜的格式化 PL 紫外可見吸收光譜

 

推薦儀器:太陽光模擬器QE-R -PV/量子效率光學儀REPS _ 鈣鈦礦與有機光伏Voc損耗分析系統

本文關鍵字 : 有機疊層太陽能電池、非富勒稀 PCE organic solar cells (OSCs) 

原文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210865

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