Асиметричний дизайн бічних ланцюгів підвищує ефективність товстошарових органічних сонячних елементів

Революційний прорив китайських учених: новітні технології в органічних сонячних елементах

У світі альтернативної енергетики з’явилося помітне досягнення з боку дослідників з Пекінського нормального університету і університету Ціндао. Під їхнім керівництвом була розроблена інноваційна технологія – не злитий електронний акцептор, відомий як TT-Ph-C6, який обіцяє значно підвищити ефективність органічних сонячних елементів із товстими плівками.

На відміну від традиційних акцепторів злитого кільця, TT-Ph-C6 має на меті долати обмеження у толерантності до товщини фільму та коефіцієнті заповнення. Завдяки інженерії асиметричних бокових груп, що застосовується в цьому матеріалі, досягнуто безпрецедентного коефіцієнта заповнення 80,1%. Це є рекордним показником для органічних сонячних елементів на основі NFREA.

Запаморочливі результати експерименту

Пристрої на базі TT-Ph-C6 відзначилися ефективністю перетворення енергії (PCE) 18,01%, що є значним досягненням у цій галузі. Навіть зі збільшенням товщини активного шару, елементи продемонстрували PCE 15,18% при товщині 200 нанометрів та 14,64% при 300 нанометрах.

Цей інноваційний матеріал містить асиметричні фенілалкіламінові бокові ланцюги. Вони значно підвищують розчинність і сприяють компактній тривимірній молекулярній упаковці, демонструючи сильні p-p взаємодії з відстанню укладки 3,21 ангстрема. Подальшого вдосконалення досягається завдяки S—O/N нековалентним замкам, що сприяють щільнішій упаковці.

Оптимізація зарядового транспорту

Збалансований зарядовий транспорт в активному шарі став однією з ключових переваг TT-Ph-C6. Електронна рухливість досягає вражаючих 2,48 × 10^-4 см² В^-1 с^-1, а співвідношення електронної та діркової рухливості близьке до 1 в товстих фільмах, що допомагає підтримувати короткозамкнений струм та стабільний коефіцієнт заповнення.

Дослідники зазначають про подовжену дифузію збуджених станів та високоефективний перенос заряду в сумішах TT-Ph-C6. Довжина дифузії збуджених станів складає 17,2 нанометра, що значно перевищує показники схожих матеріалів. Також спостерігається ефективність переносу дірок на рівні 91,2%, що мінімізує втрати рекомбінації.

Шлях до майбутнього розвитку

Фабрикація пристроїв здійснювалася з використанням о-ксилену замість традиційних галогенованих добавок, що робить процес екологічнішим