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

更新時間:2023-05-09      點擊次數(shù):1387

本文重點:


1. TCB-ISM策略成功提高有機太陽能電池的效率:研究人員使用四氯苯(TCB)作為添加劑,發(fā)現(xiàn)TCB-ISM策略可以改善活性層的形態(tài),增加結(jié)晶度并平衡電荷傳輸,從而提高功率轉(zhuǎn)換效率。

2. TCB-ISM策略在各種有機太陽能電池系統(tǒng)中具有廣泛適用性:研究中的五種不同有機太陽能電池系統(tǒng)均顯示,經(jīng)過TCB處理的器件在光伏性能上優(yōu)于經(jīng)過DIO處理的器件。這凸顯了TCB-ISM策略在光伏行業(yè)實際應(yīng)用中的潛力。


      近年來,由于低成本、輕便和靈活的能源生成潛力,有機太陽能電池(OSCs)吸引了廣泛的關(guān)注。加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)材料科學(xué)與工程系的楊揚教授和智能能源研究所(RISE)電子與信息工程系的李剛教授帶領(lǐng)的研究團隊,包括傅杰豪、黃介思等人,進行了一項開創(chuàng)性研究,實現(xiàn)了的19.31%功率轉(zhuǎn)換效率(PCE),為二元有機太陽能電池創(chuàng)下了新紀錄。這一非凡成果得益于創(chuàng)新的四氯苯誘導(dǎo)中間態(tài)管理(TCB-ISM)處理方法。值得注意的是,19.31%的PCE值已由光焱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(yōu)化有機太陽能電池的分子堆疊和形態(tài)。與傳統(tǒng)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(shù)顯著提高了有機太陽能電池的性能和穩(wěn)定性。TCB-ISM處理中觀察到的非單調(diào)中間態(tài)轉(zhuǎn)變促進了更有序的分子堆疊和改善的電荷傳輸,從而實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的PCE。


     研究團隊使用了光焱科技的先進分析設(shè)備—傅里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(tǒng)(REPS,ELCT-3010)。這些設(shè)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(shù),確保其結(jié)果的可靠性。


     此外,該研究通過將TCB-ISM策略應(yīng)用于其他五個有機太陽能電池系統(tǒng),包括全小分子系統(tǒng)(BTR-Cl:Y6)和各種聚合物:非富勒烯體系(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(jīng)過TCB-ISM處理的器件表現(xiàn)出比經(jīng)過DIO處理的對應(yīng)器件更出色的光伏性能。特別是PM1:BTP-eC9和PM6:BTP-eC9體系分別實現(xiàn)了19.10%和19.31%的PCE,進一步強調(diào)了TCB-ISM在推動有機太陽能電池技術(shù)方面的潛力。


    除了改善的PCE之外,經(jīng)過TCB-ISM處理的器件還展示了增強的穩(wěn)定性,其中基于PM6:BTP-eC9的有機太陽能電池在經(jīng)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)后,仍保持其初始效率的78%。這種增強的穩(wěn)定性歸因于TCB-ISM誘導(dǎo)的均勻分子聚集和更高的結(jié)晶度,以及混合膜中不存在殘留的TCB。


      綜上所述,這項開創(chuàng)性研究展示了TCB-ISM處理在實現(xiàn)有機太陽能電池創(chuàng)紀錄功率轉(zhuǎn)換效率方面的巨大潛力。通過利用恩利科技的先進分析設(shè)備,包括FTPS(PECT-600)和REPS(ELCT-3010),研究人員能夠準確表征和優(yōu)化這些創(chuàng)新有機太陽能電池的性能。隨著持續(xù)的研究和發(fā)展,TCB-ISM策略可能為下一代高效、穩(wěn)定和經(jīng)濟實惠的太陽能解決方案鋪平道路。


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