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2023 Science China Chemistry,陈永胜、万相见、丁黎明连手优化有机迭层太阳能电池,透过非富勒稀的取代物添加,效率达19.55%

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有机太阳能电池被认为是第三代太阳能电池。它们的开发是为了改进前几代太阳能电池,包括第一代晶硅太阳能电池和第二代薄膜太阳能电池。而有机太阳能电池由有机材料制成,如碳和氢,重量轻,灵活,而且相对容易生产。

有机太阳能电池的优点包括成本低、灵活性强、重量轻和效率高。它们也比较容易制造和安装。但有机太阳能电池的缺点也包括:与其他类型的太阳能电池相比,其效率相对较低,而且容易受到环境因素的影响,如热、湿和紫外线辐射。更重要的,有机太阳能电池的寿命比传统的硅基太阳能电池短,需要更多的维护。

为了克服有机太阳能电池材料上先天缺点,光伏领域研究学者渐渐着手研究迭层太阳能电池,透过将堆栈太阳能电池的方式,将几层不同类型的太阳能电池组成一个迭层太阳能电池,由于每一层都经过优化以捕获不同波长的光。这使得迭层式太阳能电池更有效率的转化,最大限度地提高效率,并提供比单独的有机太阳能电池更长的寿命、更高的转化效率,也因此如何在更进一步提升迭层太阳能电池,成为了该领域的重要研究方向

为使迭层太阳能电池的转换效率更进一步提升,Science China Chemistry 于2023年1月刊登一则报导,光伏领域知名研究学者陈永胜教授(南开大学)和万相见教授研究团队与丁黎明研究员(国家纳米科学中心) 共同合作研究,利用了串联式迭层装置的优化方式,有效提升了有机太阳能电池的转换效率,有整体吸收范围扩展,并降低了热化与传输上的损耗,并利用FBr-ThCl BTP-4Se这两种非富勒稀的取代物分别使用在前置电池与后置电池上,让该迭层电池可以从300~1000nm范围间互补吸收,如此一来,前置电池(基于 D18:FBr-ThCl )展现出1.053 V 的 Voc 值,且具有300~740nm的高EQE(外部量子效率)值;而后置电池(具有三元活性层 PM6:BTP-4Se: F-2F),经优化后可达到0.840 V 的 Voc值以及 26.88 mA cm-2 的 Jsc 值。

除针对前、后置电池优化外,更使用ZnO/PEDOT:PSS/PMA的全溶液加工互连层,构建了串联器件,并透过光焱科技(Enlitech)的太阳光仿真器(SS-X系列)以及量子效率检测仪(QE-R)量测实验结果,并透过光焱科技所打造的钙钛矿及有机迭层太阳能电池专用Voc损耗分析系统REPS进行分析Voc损耗并改良研究,最终成果整体PCE(功率转换效率)达到19.55%,Voc为1.880 V,Jsc为13.25 mA cm-2 ,FF为78.47%。

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推荐仪器:REPS _ 钙钛矿与有机光伏Voc损耗分析系统太阳光模拟器QE-R 量子效率测量系统

推荐软件:KA6000 钙钛矿太阳能电池 IV 测量和分析软件

本文关键词: 非富勒稀、 PCE、 organic solar cells (OSCs) 、量子效率、Quantum Efficiency

原文: https://link.springer.com/article/10.1007/s11426-022-1479-x

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