Асиметричний дизайн бокових ланцюгів підвищує ефективність органічних сонячних елементів товстої плівки

Інноваційні рішення для органічних сонячних елементів: досягнення в товстоплівкових технологіях

В останні роки стали поширюватися дослідження в галузі органічних сонячних елементів, і нещодавно значний внесок у цю сферу зробили дослідники з Пекінського нормального університету та університету Ціндао. Їхня увага була зосереджена на створенні нових, ефективних матеріалів для цих елементів, і результатом роботи стала розробка нового ненасадженого електронного акцептора (NFREA) під назвою TT-Ph-C6. Цей матеріал має на меті подолати обмеження, пов’язані з товщиною плівки та коефіцієнтом заповнення, проблем, що раніше стримували розвиток NFREA у порівнянні з іншими технологіями.

Провідні технології для оптимізації ефективності

Проект, очолюваний професорами Чжішаном Бо, Цюйхуном Лі, Яхуєм Ліу та Хао Лу, впровадив стратегію інженерії асиметричних бічних ланцюгів у TT-Ph-C6, що дозволило досягти вражаючого коефіцієнта заповнення 80,1% — найвищого серед органічних сонячних елементів на основі NFREA. Пристрої на основі TT-Ph-C6 продемонстрували ефективність перетворення енергії (PCE) у 18,01%, зберігаючи при цьому продуктивність при більш товстих плівках, що робить ці результати надзвичайно перспективними.

Переваги асиметричного дизайну

Завдяки структурному дизайну TT-Ph-C6, який включає асиметричні фенілалкіламіно бічні ланцюги, матеріал досягає покращеної розчинності та тривимірної молекулярної упаковки. Відстань між упаковками зменшена до 3,21 ангстрема за рахунок сильних p-п контактувань. Крім цього, численні S—O/N нековалентні взаємодії сприяють щільній упаковці, що надає змогу ефективно перенести заряд у активному шарі.

Збільшення рухливості зарядів

Оптимізована електронна рухливість в матеріалі досягла 2,48 + 10^-4 см² В^-1 с^-1, а співвідношення рухливості електронів до дірок розташовувалося близько до 1 в товстих плівках. Ці характеристики дозволяють зберегти високу продуктивність при різній товщині плівок. Крім того, TT-Ph-C6 демонструє велику довжину дифузії екситонів у 17,2 нанометри та високу ефективність переносу дірок до 91,2%, що помітно покращує загальну продуктивність пристрою.

Майбутнє технологій

Окрім високої ефективності, дослідники розробили процес, що робить пристрої на основі TT-Ph-C6 екологічними, відмовившись від використання галогенованих розчинників.