Föreställ dig tekniken som en racerbil som rusar nerför en bana – den kan bara gå så fort som motorn tillåter. Men precis när det verkade som om organiska solceller träffade en vägspärr, kommer 3PNIN, en spelförändrande molekyl formad som en propeller, redo att turboladda deras framsteg och bryta igenom barriärer.
Organiska solceller (OSC) representerar höjdpunkten av förnybar energi, men vissa komponenter har hamnat betydligt bakom den pågående utvecklingsbanan. I synnerhet har katodgränssnittsmaterial (CIM) misslyckats med att upprätthålla det momentum som krävs för att matcha den kontinuerliga förbättringen av OSC:er.
CIM spelar en avgörande roll för att underlätta strömledning från metallen till halvledaren och vice versa; därför, om de faller under i elektrontransportprestanda, äventyras effektomvandlingseffektiviteten (PCE) för OSC:er. Som svar på denna utmaning, grävde forskare i att undersöka hur molekylär struktur påverkar den övergripande prestandan hos både cellen och gränssnittsmaterialen.
Två propellerformade föreningar exemplifierar det betydande inflytande som molekylär konfiguration kan utöva på att förbättra funktionaliteten hos CIM:er och följaktligen den fotovoltaiska prestandan hos OSC:er.
Forskare publicerade sina resultat i Nano Research .
Studien rapporterade två isomerer, 3PNIN och 3ONIN, som är molekyler som delar samma formel men som har distinkta arrangemang av ändkapslade grupper. Dessa varierade grupparrangemang gör att olika intermolekylära interaktioner kan äga rum inom en isomer som kanske inte är möjliga med den andra.
"I den stora sfären av förnybar energi har OSCs blivit framträdande, kännetecknade av deras eteriska arkitektur, halvtransparens, kostnadseffektiva produktion och skalbara tryckta sammansättningar, som förebådar en ny era när det gäller att driva flexibla bärbara teknologier," kommenterade Prof. Minghua Huang, en författare till studien.
Betydelsen av denna teknik i en värld där hållbara energikällor har fått avsevärd dragkraft (och nödvändighet) kan inte överskattas. Vid testning av de propellerformade isomererna som presenterades i denna forskning visade resultaten att de två föreningarna kan utöva mycket olika effekter baserat på deras konfiguration, med en variant som överträffar den andra när det gäller att förbättra funktionaliteten hos CIM.
3PNIN uppvisar en mer plan molekylstruktur jämfört med sin motsvarighet, 3ONIN. Denna strukturella skillnad gör det möjligt för de ändkapslade grupperna i 3PNIN att ligga plattare i förhållande till 3ONIN, och därigenom demonstrera betydande förbättringar i funktionalitet, såsom elektronmobilitet och konduktivitet. "Som ett resultat ger 3PNIN- och 3ONIN-behandlade OSC-enheter PCE på 17,73 % respektive 16,82 %", sa Huang.
3PNIN visar ett betydande löfte när det gäller att tillverka en termiskt stabil enhet samtidigt som det förbättrar PCE för OSCs, utöver fördelarna med förbättrad rörlighet och konduktivitet jämfört med den rådande tekniken som används allmänt för CIM. Ytterligare förfining av OSC-enheter behandlade med 3PNIN-isomeren har potentialen att förbättra tillgängligheten och effektiviteten för denna energikälla.
Förbättringar av OSC:er kan utöva en omfattande inverkan på landskapet för förnybar energi och kan sträcka sig till andra områden av teknik som är beroende av organisk elektronik.
Mer information: Hao Liu et al, Propellerformade NI-isomerer av katodgränssnittsmaterial för effektiva organiska solceller, Nano Research (2024). DOI:10.1007/s12274-024-6482-z
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
