Effektomvandlingseffektiviteten hos flexibla solceller är avsevärt förbättrad!

Nyligen gjorde forskare vid Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) vid den kinesiska vetenskapsakademin förbättringar av materialen som används i ternära organiska solceller (TOSC), och uppnådde effektivitetsnivåer som liknar traditionella solceller. Denna forskning publicerades i tidskriften "Advanced Materials." Organiska fotovoltaiska solceller (OSC) är en typ av solceller som omvandlar solljus till elektricitet med hjälp av organiska material, vanligtvis små molekyler eller polymerer, i motsats till traditionella oorganiska solceller som använder kristallint kisel eller andra oorganiska material.

En av de främsta fördelarna med organiska solceller är deras mångsidighet och lätta karaktär. De kan produceras till lägre kostnader med hjälp av lösningsbaserade tekniker som bläckstråleutskrift, vilket möjliggör flexibla rullar istället för styva paneler. Som ett resultat hittar de applikationer inom olika områden som sensorer, bärbara laddare och bärbara elektroniska enheter. OSC:er kan också vara halvtransparenta eller färgade, vilket gör dem estetiskt tilltalande och lämpliga för integration i byggnader, fönster och andra strukturer.

Men jämfört med oorganiska solceller har organiska solceller lägre effektomvandlingseffektivitet (PCE), vilket TOSC strävar efter att förbättra. Standard binära organiska solceller består av ett donatormaterial och ett acceptormaterial, men TOSC är annorlunda eftersom det innehåller en tredje komponent som kallas "gäst"-materialet.

Inkluderandet av denna gästkomponent är avgörande för att förbättra olika aspekter av solcellsprestanda, som att ändra det interna energiflödet i cellen och optimera hur cellen omvandlar ljus till elektricitet. Gästkomponenten är särskilt viktig för att öka PCE, eftersom den kan bredda ljusspektrumet som solcellen kan absorbera. Genom att välja gästmaterial som absorberar ljus i områden som inte täcks av donator- eller acceptormaterialen kan cellens totala ljusabsorptionsförmåga förbättras. Det möjliggör också finjustering av den blandade filmens morfologi, vilket påverkar excitondissociation, laddningsgenerering och transport.

Med tanke på att gästkomponenter kan utföra flera olika aktiviteter, påverkar deras exakta placering i solcellens "smörgås" eller matris prestandan avsevärt. Det finns tre möjliga positioner för gästkomponenten: inbäddad i donatormaterialet, inbäddad i acceptormaterialet eller spridd i gränsytan mellan donatorn och acceptorn, vilket skapar legeringsliknande blandade strukturer (aggregat). Men fram till nyligen har det varit relativt lite experimentellt övervägande av gästkomponentens position.

I sin forskning använde forskarna en gästkomponent som heter LA1 i TOSC, som skiljer sig från andra gästkomponentmaterial när det gäller kristallinitet. LA1 är en liten molekylacceptor, och forskarna modifierade den med en fenylalkylsidokedja, en funktionell grupp som vanligtvis används i organiska material för solcellssystem.

Modifieringen av LA1 för att inkludera fenylalkylsidokedjor ökade både kristallinitet och inriktning samtidigt som tillräcklig kompatibilitet bibehölls, vilket resulterade i förbättrad TOSC-prestanda.

Dessutom kontrollerade forskarna fördelningen av gästkomponenten genom att ändra variabler som påverkar interaktionen mellan värden och gästkomponenterna, såsom värd/gästkompatibilitet, ytenergi, kristallin kinetik och intermolekylära interaktioner. De hittade legeringsliknande aggregat i de flesta gästmolekyler, som infiltrerade och diffunderade genom hela värdmatrisen.

Kristallitstorleken hos dessa integrerade värd-/gäst-"legeringar" kunde enkelt justeras för att förbättra laddningsöverföringen och undertrycka laddningsrekombinationen, vilket resulterar i en initial PCE-ökning på över 15 %. Därefter, genom att kombinera gästkomponenten med Y6-seriens acceptorer som huvudkomponent, uppnådde de en ännu större effektivitetsökning på över 19 %.

Forskarna tror att de har uppnått betydande experimentella framgångar, men en bättre förståelse för de bakomliggande faktorerna som driver dessa fördelar behövs i framtiden. De hoppas få en djupare insikt i dessa grundläggande system.

Utnyttja kraften i innovation med våra banbrytande litiumjonbatteriskal. Vårt företag är specialiserat på att producera högkvalitativa batterihöljen utformade för att möta kraven från det moderna energilandskapet. Oavsett om det är för lagring av förnybar energi, elfordon eller bärbar elektronik, erbjuder våra batteriskal skydd, prestanda och precisionsteknik som dina projekt behöver. Gå med i framtiden för energilagring med våra litiumjonbatteripaket och lås upp en värld av möjligheter.