Дизайн асиметричних бічних ланцюгів підвищує ефективність органічних сонячних елементів у товстих плівках

Інноваційні органічні сонячні елементи з рекордною ефективністю

Еволюція в галузі органічних сонячних елементів змусила дослідників зосередити увагу на вдосконаленні технологій, які колись вважалися малоефективними. Зараз на передову планету виходять такі гурти, як команда з Пекінського нормального університету та Університету Ціндао, яка зробила значний прорив у розробці передових матеріалів для органічних сонячних батарей. Їхній винахід – не злитий кільцевий електронний акцептор (NFREA) TT-Ph-C6 – вже привертає увагу своєю здатністю вдосконалити продуктивність і ефективність сонячних елементів з товстим активним шаром.

Завдяки асиметричному дизайну бокових ланцюгів, команда Жишана Бо, Цуйхонга Лі, Яхуя Лю та Хао Лу змогла побудувати пристрої з вражаючим заповнювальним фактором у 80,1%. Це один з найвищих показників, досягнутих на базі NFREA, що відзначає суттєвий прогрес у цій галузі. Пристрої забезпечують коефіцієнт перетворення потужності (PCE) на рівні 18,01%, демонструючи високу ефективність навіть зі збільшеною товщиною активного шару: 15,18% при 200 нанометрах та 14,64% при 300 нанометрах.

Конструкція TT-Ph-C6 виправдовує своє призначення завдяки впровадженню асиметричних фенілалкіламіно бокових ланцюгів. Вони не тільки підвищують розчинність, але й сприяють тривимірному компактному молекулярному укладанню та міцним p-п взаємодіям. Завдяки міжмолекулярним зв’язкам та відстані укладання в 3,21 ангстрема, матеріал досягає щільної упаковки, що забезпечує збалансоване переміщення електронів і збереження заповнювального фактору.

Мобільність електронів у цих елементах досягає 2,48 + 10^-4 см² В^-1 с^-1, а співвідношення мобільності електронів до дірок залишається близьким до одиниці у товстих плівках, що є ключем до збереження основних параметрів продуктивності. Крім того, TT-Ph-C6 забезпечує розширене дифузійне охоплення з вражаючою довжиною збуджених екситонів у 17,2 нанометри, на відміну від 13,4 нанометрів для подібних симетричних матеріалів.

Важливо відзначити, що під час виготовлення пристроїв використовувався о-ксилен як розчинник, що дозволяє уникнути застосування галогенованих добавок. Перспектива такого підходу полягає у можливості масштабування до промислових масштабів, включаючи виробництво гнучких модулів за технологією рулонного прокату. Команда готується до майбутніх експериментів, які можуть розширити бібліотеку асиметричних бокових ланцюгів для розробки тандемних архітектур та систем з нижчою шириною заборони.

Цей детальний підхід до дизайну бокових ланцюгів демонструє можливість створення економічно ефективних, товстошарових органічних сонячних елемент