Organiska solceller förbättras stadigt när nya material utvecklas för det aktiva lagret, och en artikel som publicerades denna vecka i Applied Physics Reviews presenterar en praktisk guide för val av material för ternära organiska solceller. Författarna bestämde sig för att använda komponentteknik för att utöka ljusabsorptionen och effektiviteten hos solceller på ett enkelt, fysiskt sätt istället för den komplicerade processen att syntetisera nya halvledare. Betande incidens vidvinkelröntgenspridning användes för att profilera molekylär packning och orientering av det binära systemets material med PBDB-T-SF och IT-4F tillsatta i olika mängder. Kredit:Data erhållen från Beamline I07 vid Diamond Light Source (Storbritannien)
Organiska solceller förbättras stadigt när nya material utvecklas för det aktiva lagret, speciellt när material staplas i en bulk heterojunction design som drar fördel av flera kombinerade absorptionsfönster för att använda fotoner i fler delar av spektrumet.
Icke-fullerenmaterial är särskilt lovande i binära organiska solceller, gör det möjligt att ställa in optiska egenskaper och energiegenskaper. Men, trots sina fördelar, dessa material har smala absorptionsfönster. Försök att införliva icke-fullerenacceptorer i organiska solceller inkluderar att lägga till en tredje komponent för att öka fotonskörden.
Det tredje komponentmaterialet måste väljas noggrant så att det inte påverkar molekylform och struktur på ett sätt som minskar effektiviteten men säkerställer energi- och laddningsöverföring i rätt riktning.
En tidning publicerad denna vecka i Tillämpad fysik recensioner presenterar en praktisk guide för val av material för ternära organiska solceller. Författarna bestämde sig för att använda komponentteknik för att utöka ljusabsorptionen och effektiviteten hos solceller på ett enkelt, fysiskt sätt istället för den komplicerade processen att syntetisera nya halvledare.
De börjar med en unik icke-fulleren elektronacceptor som heter COi8DFIC, som har omvandlingseffektivitet med hög effekt på grund av dess höga bandgap och förmågan att transformera sin molekylära orientering från lamellorientering till H- och J-typaggregat under varm substratgjutning. I studien, de kombinerar ett PTB7-Th:COi8DFIC binärt system med polymerelektrondonatorn PBDB-T-SF och den småmolekylära elektronacceptorn IT-4F för att bestämma varje materials lämplighet för ternära enheter.
De upptäckte att antingen ett donator- eller acceptormaterial kan användas framgångsrikt i ternära enheter:PBDB-T-SF och IT-4F befanns vara effektiva när de tillsattes till det binära PTB7-Th:COi8DFIC-systemet i mängder av 10% och 15% , respektive.
Materialen förbättrade spektralrespons, förbättrad fotonskörd och påverkade den molekylära ordningen hos värdmaterialen för att förbättra π-π-stapling. Att stapla molekylplanen parallellt med enhetens elektrod bidrar direkt till laddningsrörlighet, effektomvandlingseffektivitet och bibehållande av fasseparation.
"Samexistensen av aggregationer av H- och J-typ innebär att enheten har ett bredare absorptionsspektrum och kommer att absorbera fler fotoner i både korta och långa våglängdsområden och omvandla dem till laddningar, vilket resulterar i högre effektivitet, "sa författaren Tao Wang.
Författarna planerar att utforska fysiska metoder för att bättre kontrollera materialets bildning, för att hämma H-typ och uppmuntra aggregering av J-typ, som utökar ljusabsorptionen mot nära-infrarött, gör semitransparenta organiska solceller möjliga.
