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2022 Joule:PCE 逼近19%!如何透过三元设计策略达到?

标题 所需的开路电压增加使光伏成为可能

第一作者:占玲玲/陈红征教授课题组

本文亮点

在此,我们提出了一种新的三元设计策略,该策略可以突破一般的认知,以一种新的记录的认证PCE来实现效率的突破。本文的主要创新点如下:

1)与传统的设计策略不同,我们将具有相似吸收特性的对称BTP-eC9和非对称BTP-S9组合在一起,构建了NFA复合材料,使三元器件在不牺牲带隙边缘的情况下表现出比两种二元器件更高的电压。

2) 研究发现BTP-eC9:BTP-S9复合材料可以降低三元体系的能量无序,提高发光效率,从而减轻辐射和非辐射复合的损失,最终导致三元器件的Voc明显增加。

3) 基于BTP-eC9:BTP-S9复合材料的三元体系实现了增强叠加和增强电荷传输。

4)优化三元器件的PCE达到了18.82%(认证为18.7%),这是单结opv认证的最高效率。

研究动机

  通过三元策略降低有机光伏电池的能量损失,科研工作者往往选择在高效二元体系内加入更宽带隙的第三组分来实现能级的抬升,提高开路电压。但是更宽带隙的材料有可能导致外量子效率光谱的蓝移,成为了影响短路电流密度的因素。因此,这个工作中,作者选取具有相近吸收带边的对称的BTP-eC9受体和非对称的BTP-S9受体与聚合物给体PM6组成三元体系,实现三元体系能量无序性的降低来抑制辐射损失,提高器件的发光效率降低非辐射损失,从而在不牺牲禁带边缘的情况下,实现三元有机光伏电池的开路电压比两个二元有机光伏电池都高。此外,三元器件比二元器件表现出更强的电荷传输特性,促进填充因子提升。最后,最优三元有机光伏电池获得了接近19%的器件效率(认证效率为18.7%),是目前认证的单结效率中最高值之一。这项工作展示了一种增加开路电压的有效方法,为高效有机光伏电池提供新的思路。

本文所用仪器

  • 测试J-V所用的太阳光模拟器为Enlitech,S5-F5-3A
  • EQE测试系统为Enlitech, QE-R

研究成果说明

所需开路电压 光伏性能

通讯作者简介

  陈红征,浙江大学高分子系教授。于1994年加入浙江大学,获得高分子化学博士学位,并于1999年成为教授。主要从事有机高分子和有机无机杂化钙钛矿光电功能材料与器件的研究与教学工作,先后主持国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重大项目课题/国家重大科研仪器研制(自由申请)/重点/ 重大(重点)国际合作、973项目课题和863重点项目等国家和省部级项目20多项;在Nature Nano., Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Nature Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Chem. Rev. 等本领域著名学术刊物发表SCI收录论文400多篇,论文他引超过12000次,获国家授权发明专利48项, 国际会议邀请报告60多次,组织国际会议9次。

本文关键词:三元设计策略、ternary strategy、有机光伏电池、organic photovoltaics、太阳光模拟器、Solar Simulator、Sun Simulator、量子效率、Quantum Efficiency

原文:https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.02.001

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