enlitech
Enlitech

Tell us more, we’ll 

Enlighten Your Ideas!

太陽能的新紀元:TCB-ISM在有機太陽能電池中實現突破性的19.31%效率

Enlitech-頂尖團隊的選擇!

摘要重點

  1. TCB-ISM策略成功提高了有機太陽能電池的效率:通過使用四氯苯(TCB)作為添加劑,研究人員發現TCB-ISM策略可以改善活性層的形態,增加晶體度並平衡電荷傳輸,從而提高光電轉換效率。

  2. TCB-ISM策略在各種有機太陽能電池系統中具有廣泛的應用性:該研究中的五種不同有機太陽能電池系統都表明,經過TCB處理的器件在光伏性能方面優於經過DIO處理的器件。這凸顯了TCB-ISM策略在光伏產業中的應用潛力。

       近年來,由於低成本、輕便和彈性的能源生成潛力,有機太陽能電池(OSCs)吸引了廣泛的關注。加州大學洛杉磯分校(UCLA)材料科學與工程系的楊陽教授和研究所智能能源(RISE)的李剛教授領導的研究團隊,包括傅杰豪、黃介思等人,進行了一項開創性研究,實現了前所未有的19.31%功率轉換效率(PCE),為雙元有機太陽能電池創下了新紀錄。這一非凡成果得益於創新的四氯苯誘導的中間態管理(TCB-ISM)處理方法。值得注意的是,19.31%的PCE值已由光焰科技光電校準實驗室獨立認證,達到了18.93%的效率。

      研究人員探索了各種給體-受體(D:A)混合物和處理條件,以優化有機太陽能電池的分子堆疊和形態。與傳統處理方法(如使用溶劑添加劑1,8-二碘辛烷[DIO])相比,新穎的TCB-ISM技術顯著提高了有機太陽能電池的性能和穩定性。TCB-ISM處理中觀察到的獨特非單調中間態轉變促進了更有序的分子堆疊和改善的電荷傳輸,從而實現了創紀錄的PCE。

      研究團隊使用了光焰科技的先進分析設備-傅立葉變換光電流光譜儀(FTPS,PECT-600)和鈣鈦礦與有機光伏Voc損失分析系統(REPS,ELCT-3010)。這些最先進的設備使研究人員能夠準確測量有機太陽能電池的性能和能量損失參數,確保其結果的可靠性。

       此外,該研究透過將TCB-ISM策略應用於其他五個有機太陽能電池系統,包括全小分子系統(BTR-Cl:Y6)和各種聚合物:非富勒烯系統(PBDB-T:ITIC,PBDB-T-2Cl:IT-4F,PM1:BTP-eC9和PM6:BTP-eC9),展示了TCB-ISM策略的多功能性。在所有情況下,經過TCB-ISM處理的器件表現出比經過DIO處理的對應器件更優異的光伏性能。特別是PM1:BTP-eC9和PM6:BTP-eC9系統分別實現了19.10%和19.31%的PCE,進一步強調了TCB-ISM在推動有機太陽能電池技術方面的潛力。

        除了改善的PCE之外,經過TCB-ISM處理的器件還展示了增強的穩定性,其中基於PM6:BTP-eC9的有機太陽能電池在經歷了1000小時的模擬1太陽光照壓力測試(在最大功率點[MPP]處進行)後,仍保持其初始效率的78%。這種增強的穩定性歸因於TCB-ISM誘導的均勻分子聚集和更高的結晶度,以及混合膜中不存在殘留的TCB。

        綜上所述,這項開創性研究展示了TCB-ISM處理在實現有機太陽能電池創紀錄功率轉換效率方面的巨大潛力。透過利用恩利科技的先進分析設備,包括FTPS(PECT-600)和REPS(ELCT-3010),研究人員能夠準確表徵和優化這些創新有機太陽能電池的性能。隨著持續的研究和發展,TCB-ISM策略可能為下一代高效、穩定和經濟實惠的太陽能解決方案鋪平道路。

太陽能的新紀元:TCB-ISM在有機太陽能電池中實現突破性的19.31%效率 TCB ISM Unlocks Groundbreaking 19.31 Efficiency in Organic Solar Cells 01

a. PM6的化学结构。
b. TCB的化学结构。
c. Y6的化学结构。
d. PM6、PM6:TCB和TCB的DSC热图(冷却过程)。
e. Y6、Y6:TCB和TCB的DSC热图(冷却过程)。
f. PM6:Y6、PM6:Y6:TCB和TCB的DSC热图(冷却过程)。这里”exo.”是”exothermic”的缩写,表示放热反应。

太陽能的新紀元:TCB-ISM在有機太陽能電池中實現突破性的19.31%效率 TCB ISM Unlocks Groundbreaking 19.31 Efficiency in Organic Solar Cells 02

a. 本研究所使用的器件结构。
b. 基于参考溶剂添加剂DIO和TCB的PM6:Y6有机太阳能电池的J-V曲线。
c. 基于DIO和TCB的PM6:Y6有机太阳能电池的EQE光谱。
d. 基于DIO和TCB的PM6:Y6有机太阳能电池的PCE直方图。
e. 在不同注入电流密度下,具有不同处理方法的PM6:Y6器件的EQEEL。
f. DIO处理和TCB处理的PM6:Y6器件中的能量损失细节。源数据可在Source Data文件中找到。

太陽能的新紀元:TCB-ISM在有機太陽能電池中實現突破性的19.31%效率 TCB ISM Unlocks Groundbreaking 19.31 Efficiency in Organic Solar Cells 03

a. 基于PM1:BTP-eC9的经DIO处理和经TCB处理的OSC的J-V曲线。
b. 基于PM6:BTP-eC9的经DIO处理和经TCB处理的OSC的J-V曲线。
c. 在不同注入电流密度下的OSC的EQEEL。
d. 基于PM1:BTP-eC9的经DIO处理和经TCB处理的OSC的能量损失的详细信息。
e. 基于PM6:BTP-eC9的经DIO处理和经TCB处理的OSC的VOC损失的详细信息。
f. 具有超过18%效率的报告的OSC中的PCE与∆E3的比较。
g. 对经不同处理的基于PM6:BTP-eC9的OSC进行的光稳定性测试,所有OSC都被封装,并在空气中持续照射等于1个太阳的光照下储存。

推薦儀器:太陽光模擬器QE-R -PV/量子效率光學儀

本文關鍵字: TCB-ISM、四氯苯(TCB)、楊陽、李剛

原文:https://www.nature.com/articles/s41467-023-37526-5

推薦儀器

Leave a Reply

探索更多來自 We Enlighten Your Ideas! 的內容

立即訂閱即可持續閱讀,還能取得所有封存文章。

Continue reading

返回頂端
Join Our Newsletter
Subscribe now to Enlitech Light Simulator and Quantum Efficiency newsletter.
LSD4