Grafiskt abstrakt. Kredit:DOI:10.1016/j.joule.2021.09.001
Ytenergi (γs ) spelar en nyckelroll i bildandet av bulk-heterojunction (BHJ) filmer i organiska solceller tillverkade genom lösningsprocess. Blandbarheten av BHJ-filmer kan förutsägas genom skillnaden i ytenergi mellan donator och acceptor. Den vertikala fördelningen och staplingsorienteringen av BHJ-filmer kan regleras av ytenergin i det nedre gränsskiktet. Ytenergin hos tunnfilm erhålls vanligtvis genom att mäta kontaktvinkeln med hjälp av Owens-Wendt-modellen.
Denna mätmetod kan dock inte återspegla ytenergifördelningen i nanoskalaområdet, och den kan inte direkt förklara staplingen och fasseparationen i nanoskala i BHJ-strukturen.
Nyligen har en forskargrupp ledd av Profs. Zhou Huiqiong, Qiu Xiaohui och Zhang Yong från National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) föreslog en ny strategi för att undersöka regleringen av nanoskala ytenergidistribution vid gränsskiktet av organiska solceller. Studien publicerades i Joule .
Forskarna använde den AFM-baserade tekniken Peak-Force Quantitative Nanomechanical Mappings (PFQNM) för att karakterisera ytenergifördelningen i nanoskala av håltransporterande lager i organiska solceller. De fann att ytenergifördelningen av poly3, 4-etylendioxitiofen:polystyrensulfonat (PEDOT:PSS) effektivt kan regleras genom dopning av MoS2 nanoark med olika laterala storlekar och heterogeniteten hos PEDOT:PSS-distributionen kan förstoras. Den heterogena fördelningen av ytenergi (HeD-SE) kan ytterligare reglera molekylfördelningen, kristallorienteringen och fasseparationen av det aktiva skiktet.
På grund av optimeringen av det aktiva skiktets morfologi av HeD-SE förbättrades prestanda och stabilitet hos organiska solceller med den bästa effektomvandlingseffektiviteten (PCE) på 18,27 %. Dessutom var förbättringsförhållandet för PCE proportionell mot förstoringen av Δγs i BHJ.
Prof. Zhous team har ägnat sig åt gränssnittsmanipulation i lösningsbearbetade organiska solceller och har genomfört en serie studier om reglering av ytenergi i organiska solceller. Forskarna uppnådde först en hög fyllningsfaktor på 80 % i organiska solceller genom att införliva WOx nanopartiklar i PEDOT:PSS. Sedan undersökte de sambanden mellan staplingsorienteringen av det aktiva lagret, prestandan hos organiska solceller och ytenergin i gränsskiktet. Strategin med gränssnittsmodifiering användes för att studera elektrontransporterande lager i inverterade enheter och har använts i perovskitsolceller. Genom att använda biopolymeren heparinnatrium för att modifiera ytenergin, passiverades gränssnittsdefekten hos perovskitsolceller med förbättringar av PCE och stabilitet. + Utforska vidare
