Chất nhận không fullerene mới giúp đạt hiệu suất 20,2% trong pin mặt trời hữu cơ
Hiệu suất vật liệu và thiết bị. Tín dụng: Jiang và cộng sự. (Năng lượng thiên nhiên, 2024).
Trong những năm gần đây, các kỹ sư đã giới thiệu nhiều giải pháp quang điện (PV) có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất điện bền vững trên toàn thế giới. Chúng bao gồm pin mặt trời hữu cơ (OSC), thiết bị PV sử dụng các phân tử hữu cơ hoặc polyme để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện.
Những pin mặt trời này có thể có những ưu điểm đáng chú ý, bao gồm tính linh hoạt cao, trọng lượng nhẹ hơn và chi phí chế tạo thấp hơn. Tuy nhiên, hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) của chúng vẫn thấp hơn đáng kể so với pin mặt trời làm từ silicon.
Các nhà nghiên cứu tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Đại học Sư phạm Bắc Kinh gần đây đã thiết kế một chất nhận không fullerene bất đối xứng mới (tức là một vật liệu có thể nhận và vận chuyển điện tử) có thể cải thiện hiệu quả của OSC. Vật liệu này, được giới thiệu trong một bài báo xuất bản trong Nature Energy, có nhiều đặc tính quang điện tử có lợi, bao gồm hiệu suất lượng tử phát quang cao (PLQY) và các hạt kích thích được định vị.
"Đối với pin mặt trời hữu cơ (OSC), việc thu hẹp khoảng cách bằng giới hạn Shockley–Queisser đòi hỏi phải đồng thời giảm tổn thất năng lượng do điện áp mạch hở cao, cải thiện việc sử dụng ánh sáng để tăng cường mật độ dòng điện ngắn mạch và duy trì hình thái nano lý tưởng với hệ số lấp đầy cao thông qua thiết kế phân tử và kỹ thuật thiết bị”, Yuanyuan Jiang, Shaoming Sun và các đồng nghiệp của họ viết trong bài báo của họ.
“Chúng tôi thiết kế và tổng hợp chất nhận không fullerene không đối xứng (Z8) có các nhóm phenyl liên kết để thiết lập chất nhận hợp kim trong OSC bậc ba.”
Chất nhận không đối xứng không fullerene do Jiang, Sun và các đồng nghiệp của họ thiết kế có đặc điểm là chuỗi bên thay thế phenyl. Các đặc tính quang điện tử đáng chú ý của nó có thể làm giảm tổn thất năng lượng không bức xạ trong pin mặt trời, đồng thời thúc đẩy quá trình tạo và truyền điện tích hiệu quả.
Jiang, Sun và các đồng nghiệp của họ viết: “Cấu trúc không đối xứng giảm thiểu sự mất mát năng lượng không bức xạ và sự tái hợp điện tích nhờ các kích thích được định vị”. "Chuỗi bên alkyl được thay thế bằng phenyl tác động lên tương tác giữa các phân tử, cải thiện hình thái nano của màng với khả năng phân ly exciton hiệu quả và giảm tái hợp điện tích."
Để đánh giá các chất nhận được thiết kế mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chúng để chế tạo các OSC tiếp nối đơn. Pin mặt trời thu được đã đạt được hiệu suất đầy hứa hẹn là 20,2% (được chứng nhận là 19,8%), so với các OSC khác được phát triển trong những năm gần đây.
Jiang, Sun và các đồng nghiệp của họ đã viết.
Mặc dù các kết quả mà nhóm chấp nhận đạt được rất đáng khích lệ nhưng chúng vẫn không thể so sánh với hiệu quả được báo cáo trong các công nghệ quang điện dựa trên silicon và nhiều công nghệ quang điện phi hữu cơ khác. Trong các nghiên cứu tiếp theo của họ, Jiang, Sun và các đồng nghiệp của họ có kế hoạch tiếp tục thiết kế các vật liệu có thể giúp giảm thiểu tổn thất photon và chất mang trong OSC.
Những nỗ lực của họ có thể góp phần phát triển các OSC ngày càng hiệu quả và có thể mở rộng, có thể được triển khai thực tế trong môi trường thực tế. Đồng thời, công trình của họ có thể truyền cảm hứng cho những người khác trong cộng đồng nghiên cứu PV thiết kế các chất nhận không fullerene tương tự nhằm giảm tổn thất cả photon và chất mang trong tế bào.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
