Hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) của pin mặt trời hữu cơ dựa trên các hợp chất được gọi là chất cho polyme và chất nhận electron vòng hợp nhất (FREA) gần đây đã vượt quá 19%. Ngược lại, pin mặt trời hữu cơ dựa trên chất nhận electron vòng không hợp nhất (NFREA), hợp chất giá cả phải chăng hơn được đặc trưng bởi các vòng thơm không hợp nhất (tức là riêng biệt), cho đến nay đã thể hiện hiệu suất đáng thất vọng ở mức khoảng 16%.
Hiệu suất thiết bị. Tín dụng: Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01564-0
Vì tổng hợp NFREAs ít tốn kém hơn đáng kể so với tổng hợp FREAs, việc phát triển các tế bào năng lượng mặt trời hiệu quả hơn dựa trên các vật liệu này có thể có ý nghĩa quan trọng. Cụ thể, nó có thể tạo điều kiện cho việc áp dụng rộng rãi các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ, do đó có khả năng góp phần giảm phát thải và giảm thiểu các vấn đề về môi trường.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Giao thông Thượng Hải, Đại học Thanh Đảo và các viện khác ở Trung Quốc gần đây đã đề xuất một phương pháp mới để chế tạo pin mặt trời hữu cơ hiệu quả hơn dựa trên NFRA. Phương pháp này, được nêu trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Energy , dựa vào việc sử dụng dung môi dựa trên chloroform (CF) và o-xylene (OXY), cũng như một chất phụ gia trạng thái rắn giúp tăng cường thêm quá trình kết tinh trong NFRA, do đó tạo ra PCE cao hơn trong pin mặt trời dựa trên các hợp chất này.
"Các chất nhận electron vòng không hợp nhất (NFREA) có khả năng có chi phí tổng hợp thấp hơn so với các chất tương ứng hợp nhất của chúng", Rui Zeng, Ming Zhang và các đồng nghiệp của họ đã viết trong bài báo của họ. "Tuy nhiên, độ phẳng xương sống thấp và sự hiện diện của các chất thay thế cồng kềnh ảnh hưởng xấu đến tính kết tinh của NFREA, cản trở quá trình vận chuyển điện tích và hình thành hình thái liên tục kép trong các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ. Chúng tôi chỉ ra rằng một hệ dung môi nhị phân có thể kiểm soát riêng quá trình kết tinh và tách pha của polyme cho (ví dụ: D18) và NFREA (ví dụ: 2BTh-2F-C 2 )."
Là một phần của nghiên cứu, Zeng, Zhang và các cộng sự của họ đã thiết kế và tổng hợp một hỗn hợp hợp chất chứa CF và OXY. Sau đó, họ quan sát cách một polyme donor và NFREA phản ứng với hỗn hợp dung môi này, tập trung cụ thể vào quá trình hình thành màng trên các hợp chất này.
Vì tổng hợp NFREAs ít tốn kém hơn đáng kể so với tổng hợp FREAs, việc phát triển các tế bào năng lượng mặt trời hiệu quả hơn dựa trên các vật liệu này có thể có ý nghĩa quan trọng. Cụ thể, nó có thể tạo điều kiện cho việc áp dụng rộng rãi các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ, do đó có khả năng góp phần giảm phát thải và giảm thiểu các vấn đề về môi trường.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Giao thông Thượng Hải, Đại học Thanh Đảo và các viện nghiên cứu khác tại Trung Quốc gần đây đã đề xuất một phương pháp mới để chế tạo pin mặt trời hữu cơ hiệu quả hơn dựa trên NFRA. Phương pháp này, được nêu trong một bài báo đăng trên tạp chí Nature Energy, dựa trên việc sử dụng dung môi dựa trên chloroform (CF) và o-xylene (OXY), cũng như một chất phụ gia trạng thái rắn giúp tăng cường quá trình kết tinh trong NFRA, do đó tạo ra PCE cao hơn trong pin mặt trời dựa trên các hợp chất này.
"Các chất nhận electron vòng không hợp nhất (NFREA) có khả năng có chi phí tổng hợp thấp hơn so với các chất tương ứng hợp nhất của chúng", Rui Zeng, Ming Zhang và các đồng nghiệp của họ đã viết trong bài báo của họ. "Tuy nhiên, độ phẳng xương sống thấp và sự hiện diện của các chất thay thế cồng kềnh ảnh hưởng xấu đến tính kết tinh của NFREA, cản trở quá trình vận chuyển điện tích và hình thành hình thái liên tục kép trong các tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ. Chúng tôi chỉ ra rằng một hệ dung môi nhị phân có thể kiểm soát riêng quá trình kết tinh và tách pha của polyme cho (ví dụ: D18) và NFREA (ví dụ: 2BTh-2F-C2)."
Vật liệu và lựa chọn dung môi. a, Cấu trúc hóa học của D18, 2BTh-2F-C2 và các dung môi có liên quan. Các dung môi có độ bay hơi thấp và độ hòa tan thấp đối với chất cho polyme được đóng khung bởi một hộp màu xanh lam; các dung môi có độ bay hơi cao và độ hòa tan thấp đối với chất cho polyme được đóng khung bởi một hộp màu tím; các dung môi có độ bay hơi thấp và độ hòa tan cao đối với chất cho polyme được đóng khung bởi một hộp màu xanh lục; các dung môi có độ bay hơi cao và độ hòa tan cao đối với chất cho polyme được đóng khung bởi một hộp màu tím hơi xanh lam. b, Độ hòa tan của D18 trong các dung môi khác nhau trong biểu đồ δv–δh (δh, tương tác liên kết hydro phân tử; δv, δV = √δ2 D + δ2 P ). c, Sự hấp thụ chuẩn hóa của D18 trong các dung môi khác nhau. Hình chữ nhật màu xanh biểu thị đỉnh hấp thụ của D18 trong các dung môi tốt; hình chữ nhật màu tím biểu thị đỉnh hấp thụ của D18 trong các dung môi xấu. d, Sơ đồ phân loại dung môi dựa trên áp suất hơi và độ hòa tan. Dung môi tốt có chỉ số RED nhỏ hơn 1, nằm trong phạm vi độ hòa tan; dung môi xấu có chỉ số RED lớn hơn 1 và số RED càng lớn thì độ hòa tan càng kém. e, Áp suất hơi theo hàm số thể tích trong dung môi nhị phân của CF&OXY. Đường thẳng đứng liền thể hiện 12% thể tích của OXY trong hỗn hợp dung môi, đường ngang nét đứt trên thể hiện áp suất hơi CF trong hỗn hợp dung môi 12%-OXY với 142,26 torr và đường ngang nét đứt dưới thể hiện áp suất hơi OXY trong hỗn hợp dung môi 12%-OXY với 0,41 torr. Khi OXY chiếm phần lớn hỗn hợp dung môi, áp suất hơi của CF và OXY đều là 4,88 torr với cùng tốc độ bay hơi. f–h, Bản đồ đường đồng mức phụ thuộc thời gian của phổ hấp thụ UV–vis tại chỗ cho các dung dịch tiền chất pha trộn D18:2BTh-2F-C2 trong điều kiện CF (f), điều kiện OXY (g) và điều kiện CF&OXY (h). Các đường đứt nét và hộp đứt nét biểu diễn thời gian thay đổi phổ cho D18 và 2BTh-2F-C2 của dung dịch tiền chất pha trộn dựa trên CF, OXY và CF&OXY trong quá trình tạo màng. Nguồn: Zeng và cộng sự (Nature Energy, 2024).
Là một phần của nghiên cứu, Zeng, Zhang và các cộng sự của họ đã thiết kế và tổng hợp một hỗn hợp hợp chất chứa CF và OXY. Sau đó, họ quan sát cách một polyme donor và NFREA phản ứng với hỗn hợp dung môi này, tập trung cụ thể vào quá trình hình thành màng trên các hợp chất này.
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
