Sự thay thế kiềm trên phân tử liên hợp không đối xứng cho phép pin mặt trời hữu cơ ternary hiệu suất cao
của Zhang Nannan, Học viện Khoa học Trung Quốc
Cấu trúc hóa học của các đường cong TB-S, TB-S1, TB-S1-O và J-V của pin mặt trời hữu cơ bậc ba của chúng. Ảnh: NIMTE
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Ge Ziyi dẫn đầu tại Viện Công nghệ và Kỹ thuật Vật liệu Ninh Ba (NIMTE) thuộc Viện Khoa học Trung Quốc (CAS) đã phát triển một phân tử liên hợp không đối xứng được thay thế alkoxy và pha tạp nó vào PM6:BTP-eC9- dựa trên pin mặt trời hữu cơ nhị phân (OSC) làm thành phần thứ ba, dẫn đến các OSC bậc ba hiệu suất cao với hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) trên 18,1%.
Công trình này đã được xuất bản trong ACS Energy Letters.
OSC đã thu hút rất nhiều sự chú ý trong lĩnh vực năng lượng mặt trời sạch vì khả năng xử lý giải pháp, tính minh bạch, tính di động và tính linh hoạt của chúng. Chiến lược bộ ba được công nhận rộng rãi là một cách dễ dàng và hiệu quả để cải thiện hiệu suất của OSC.
Tuy nhiên, cho đến nay, mối tương quan "cấu trúc-hiệu suất" của thiết bị ternary hiếm khi được làm sáng tỏ một cách thấu đáo và có hệ thống. Do đó, có một nhu cầu cấp thiết là khám phá mối tương quan giữa cấu trúc phân tử, hình thái lớp hoạt động và hiệu suất quang điện để đưa ra các chiến lược hiệu quả nhằm đạt được OSC hiệu suất cao.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp ba chất nhận non-fullerene khung bất đối xứng, tức là TB-S, TB-S1 và TB-S1-O, đồng thời sử dụng chúng làm thành phần thứ ba trong hệ thống nhị phân chủ của PM6:BTP- eC9, tương ứng.
Hưởng lợi từ khóa cấu hình không cộng hóa trị bổ sung, TB-S1-O được thay thế bằng alkoxy sở hữu khoảng cách dải rộng, cấu trúc phẳng ổn định, năng lượng bề mặt cao, khả năng tương thích tuyệt vời với vật liệu chủ và miền xếp chồng được sắp xếp theo thứ tự lớn, cho thấy hiệu suất vượt trội so với TB-S, TB-S1.
Đáng chú ý, màng ternary PM6:BTP-eC9:TB-S1-O sở hữu một mạng lưới thâm nhập lý tưởng, góp phần giảm tổn thất điện áp không bức xạ và tăng cường vận chuyển điện tích. Do đó, khi các nhà nghiên cứu kết hợp TB-S1-O vào hệ thống PM6:BTP-eC9, PCE đã tăng đáng kể từ 17,36% của phim nhị phân lên 18,14% của phim ba ngôi.
Do hình thái kém hơn, các thiết bị dựa trên PM6:BTP-eC9:TB-S và PM6:BTP-eC9:TB-S1 cho thấy PCE thấp hơn đáng kể (tức là 16,16% và 16,18%, tương ứng), so với các thiết bị Thiết bị bậc ba dựa trên PM6:BTP-eC9:TB-S1-O.
Công trình này chứng minh rằng bộ xương không đối xứng với sự thay thế alkoxy là một chiến lược hiệu quả để xây dựng thành phần thứ ba cho các OSC ternary hiệu suất cao.
