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2021 Nature Energy (IF 60.858):導入環境友善綠色製程,PCE>17%有機太陽能電池

SS-X 太陽光模擬器使效率突破成為可能!

因精准才能頂尖!

  Nature Energy (IF 60.858) 於2021年11月刊登一個研究。過去幾年有機太陽能電池 (Organic solar cell, OSC) 發展迅速,主要原因是非富勒烯受體 (non-fullerene acceptor, NFA) 的發展。在功率轉換效率 (power conversion efficiency, PCE) 方面,NFA基於缺電子核心稠環,也被稱為Y系列NFA。Y系列NFA可以產生超過18%的高PCE,雖使得OSC具有商業化的價值,卻需要透過低沸點和有毒溶劑 (如:氯仿 (chloroform, CF)) 才能達到高效率。然而,在工業發展所希望使用的高沸點和環保溶劑條件下,會使得PCE顯著下降。

  此處,研究團隊開發了一種獨特的客體輔助組裝策略,來同時提高在高沸點溶劑 (包括非鹵化綠色溶劑) 中的溶解度和分子堆積。做法是引入一個分子BTO,它涉及一個兩親性的低聚 (乙二醇) (OEG) 鏈作為客體;客體分子BTO在高沸點溶劑中表現出良好的溶解性,並與主體組分 (Y6) 具有出色的相容性。客體分子 BTO 的關鍵功能是協助Y6的結晶組織。

chemical structures acceptor BTO Y6 organic solar cell

受體的化學結構和結構表徵。

  過程研究團隊使用光焱科技的太陽光模擬器、QE-R量子效率測量系統與其他儀器協助量測。結果發現,在使用環保溶劑下,二甲苯 (paraxylene, PX) 加工的OSCPCE超過17%。此外,此方法也適用於刮塗大面積OSC模塊 (36 cm2),其PCE超過14%主體和客體分子之間的強分子相互作用也增強了料件的操作穩定性。這項研究為OSC帶入下一階段做出重要貢獻,也可以用於優化其他有機電子器件。

  光焱科技量子效率測量系統除了用於太陽能電池的 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。光焱科技的太陽光模擬器與 KA-6000 軟體,也同時提供了短路電流對時間變化的監控,以證明太陽能電池的穩定!

photovoltaic performance MPP organic solar cell

料件的光伏性能。 (e) MPP 穩定性測試基於 PM6:Y6 (PX)、PM6:Y6: 20% BTO (PX) 和 PM6:Y6: 20% BTO:PC71BM (PX) 的未封裝 OSC,初始 PCE 分別為 11.01%、16.41% 和 17.22%, 在 100 mW cm-2 白色 LED 的照射下儲存在 N2 氣體中。

non-halogenated solvent-processed module organic solar cell

非鹵化溶劑處理模塊和料件穩定性。(d)非鹵化溶劑處理 OSC 模塊的 PCE 在料件面積方面的分佈(模塊面積 >20 cm2

本文關鍵字:有機太陽能電池、organic solar cell、客體輔助組裝策略、guest-assisted assembly strategy、綠色溶劑、green solvent、太陽光模擬器、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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