Đại học Osaka đang hợp tác với Đại học OKama, Đại học Kobe, Đại học Nagoya và các trường khác để tạo ra pin mặt trời hữu cơ sử dụng chất bán dẫn hữu cơ trong lớp phát điện, sử dụng phân tử mới có thể làm giảm năng lượng liên kết của exiton gây cản trở quá trình chuyển đổi từ ánh sáng. đến dòng điện. Các hướng dẫn thiết kế đã được xác minh. Nó được công bố vào ngày 17 tháng 9.
Pin mặt trời hữu cơ có những ưu điểm như tính linh hoạt và trọng lượng nhẹ, cũng như các tính năng chức năng không có trong pin mặt trời vô cơ thông thường, chẳng hạn như khả năng sản xuất các thiết bị có diện tích lớn sử dụng quy trình in cuộn.
Hiệu suất chuyển đổi của pin mặt trời hữu cơ phần lớn được xác định bởi hiệu suất mà chất bán dẫn hữu cơ nhận được ánh sáng và tạo ra các electron và lỗ trống tự do, là nguồn gốc của dòng điện. Chất bán dẫn hữu cơ có hằng số điện môi thấp hơn chất bán dẫn vô cơ như silicon nên ngay cả khi nhận được ánh sáng, các điện tích âm và dương liên kết mạnh với nhau bằng lực hút Coulomb (năng lượng liên kết exciton) và được chuyển hóa thành điện tích tự do. thách thức là quá trình này gặp nhiều khó khăn để tiến hành.
Vấn đề là lực hút Coulomb (năng lượng liên kết của exciton) rất mạnh và điện tích khó tiến tới điện tích tự do
(Nguồn: Đại học Osaka)
Vào tháng 8 năm 2024, một nhóm nghiên cứu công bố rằng họ đã phát hiện ra rằng năng lượng liên kết của exiton có thể giảm bằng cách kết hợp một thiết kế phân tử làm tăng hằng số điện môi của chất bán dẫn hữu cơ. Mặt khác, người ta hy vọng rằng năng lượng liên kết của exiton có thể giảm đi bằng cách tăng khoảng cách giữa các điện tích dương và âm ở trạng thái kích thích, nhưng vật liệu bán dẫn hữu cơ tập trung vào khoảng cách giữa các điện tích ở trạng thái kích thích vẫn chưa được phát triển.
Trong một phân tử bán dẫn hữu cơ ở trạng thái kích thích nhận ánh sáng, phân tử có mặt ở quỹ đạo năng lượng cao nhất (quỹ đạo chiếm cao nhất, HOMO) trong số các quỹ đạo phân tử bị electron chiếm giữ thường bị thay đổi thành phân tử không bị electron chiếm giữ. Nó di chuyển đến quỹ đạo có năng lượng thấp nhất (quỹ đạo thấp nhất không có người ở, LUMO). Bằng cách hiện thực hóa một thiết kế tách biệt sự sắp xếp không gian của HOMO (điện tích dương) và LUMO (điện tích âm) trong phân tử, chúng tôi đã phát triển một phân tử bán dẫn hữu cơ "SpiroT-DCI" với năng lượng liên kết exiton thấp hơn so với các vật liệu thông thường.
Tổng quan về phân tử bán dẫn hữu cơ SpiroT-DCI
(Nguồn: Đại học Osaka)
Khi chúng tôi chế tạo pin mặt trời hữu cơ dị thể số lượng lớn sử dụng SpiroT-DCI làm vật liệu nhận, chúng tôi nhận thấy rằng các đặc tính của pin mặt trời vượt trội hơn so với vật liệu thông thường (ITIC) và vật liệu so sánh (SpiroF-DCI), phản ánh năng lượng liên kết kích thích nhỏ. cho thấy. Hơn nữa, nhờ tạo nguyên mẫu pin mặt trời sử dụng màng một thành phần của SpiroT-DCI làm lớp phát điện, người ta thấy rằng nó thể hiện hiệu suất lượng tử lên tới 3,6% và có thể hoạt động như pin mặt trời hữu cơ loại một thành phần. , mặc dù hiệu suất chuyển đổi thấp.
Hiệu suất của pin mặt trời hữu cơ sử dụng SpiroT-DCI
(Nguồn: Đại học Osaka)
Kết quả của nghiên cứu này cho thấy một phần ảnh hưởng của sự sắp xếp không gian của các quỹ đạo biên trong chất bán dẫn hữu cơ đến năng lượng liên kết của exiton và là nghiên cứu tiên phong đề xuất các hướng dẫn thiết kế vật liệu để giảm năng lượng liên kết của exiton. Sự phát triển vật liệu dựa trên kiến thức mới dự kiến sẽ cải thiện hiệu suất của pin mặt trời hữu cơ dị thể số lượng lớn và hiện thực hóa pin mặt trời hữu cơ một thành phần. Nó được xuất bản trên ấn bản trực tuyến của tạp chí ``Angewandte Chemie International Edition'' của Hiệp hội Hóa học Đức vào ngày 12 tháng 8.
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
