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科學新知:2022 Adv. Funct. Mater., 如何提高有機光伏電池於水下的穩定性?利用對水不敏感的電子傳輸和光敏層

  有機光伏(Organic Photovoltaic, OPV)為第三代光伏技術,由於其具備製造容易、成本低、加工性能好等優點,近年受到許多關注,且應用於許多領域。Adv. Funct. Mater.於2022年發表一篇研究,由於浸水所導致OPV性能的下降是阻礙其商業化的障礙之一。此處研究團隊利用結合奈米顆粒二氧化鈦(np-TiO2)電子傳輸層(ETL)與全聚合物本體異質結(BHJ)光活性層,來賦予OPV有更好的耐水性,且表現比常用的氧化鋅(ZnO)ETL或聚合物:小分子BHJ混合物還好。並且聚合物供體/受體首先被證明比小分子對應物對浸水性有更好的應對。

  因此,在所研究的BHJ系統中,全聚合物共混物在浸水後的吸光度損失最低。此外,結果可發現:

  1. 將TiO2 ETL的結構從平面調整為奈米粒子,可有效地增強ETL/BHJ界面的黏附力,防止物理分層。
  2. np-TiO2/全聚合物共混物(半電池)被證明在被水浸下具有出色的穩定性,即形態和電荷載流子轉移不變,且整個電池的效率沒有變化。

  這項研究證明了全聚合物共混物和np-TiO2 ETL擁有巨大潛力,可以提高在高濕度環境甚至浸水環境下未封裝OPV耐久性。

Among the studied BHJ systems, the all-polymer blend shows the lowest loss of absorbance losses after water immersion. In addition, it is found that: 1. Adjusting the structure of TiO2 ETL from planar to nanoparticles can effectively enhance the adhesion at the ETL/BHJ interface to prevent physical delamination. 2. The np-TiO2/all-polymer blend (half-cell) is demonstrated to exhibit excellent stability under water immersion, i.e., the morphology and charge carrier transfer are unchanged, and the efficiency of the complete cells are unchanged.  This study demonstrates the great potential of all-polymer blends and np-TiO2 ETL to improve the durability of unencapsulated OPVs under high humidity environments and even water immersion.

(左)如圖所示,基於 N2200 的 BHJ 器件與不同的聚合物供體配對的 J-V 特性。 (右)對應的設備結構。

The EQE spectra of the fabricated devices

使用平面 ZnO ETL 和 np-TiO2 ETL 製造的器件的 EQE 光譜。

The aged half-cells were immersed in water for 10 hours

(a) 使用平面 ZnO 或 np-TiO2 作為 ETL 的 PBDB-T-2F:PY-IT 器件的 J-V 特性。 (b) 使用具有 1% CN 添加劑的 np-TiO2/PBDB-T-2F 和 (c) 沒有 CN 添加劑的新鮮和老化器件的 J-V 特性。 將老化的半電池浸入水中 10 小時。

本文關鍵字:有機光伏、Organic Photovoltaic、異質結、bulk heterojunction、浸水、water immersion、太陽光模擬器、solar simulator、sun simulator、量子效率、Quantum Efficiency

原文:https://doi.org/10.1002/adfm.202203487

Highly efficient CsPbI3Cs1-xDMAxPbI3 bulk heterojunction perovskite solar cell

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