Ефективність і переваги виробництва органічних сонячних елементів на товстій плівці

Товстоплівкові органічні сонячні елементи: шлях до вищої ефективності і промислових переваг

Останнім часом лабораторні одножанкові органічні фотоелектричні елементи (OPVs) демонструють вражаючі досягнення, досягаючи понад 20% ефективності перетворення енергії. Втім, їх продуктивність значною мірою залежить від тонких фотоактивних шарів, товщиною близько 100 нм. Група дослідників з Hangzhou Normal University та Zhejiang University провела огляд, щоб визначити, як зберегти високу ефективність у значно товстіліших плівках, які краще підходять для промислового застосування. Вони концептуально визначають товстоплівкові OPVs як такі, у яких шар перевищує 300 нм, і деталізують їхні переваги для масштабу роботи, місткості до інфрачервоного спектра та механічної стійкості у гнучких пристроях.

На жаль, товстіші плівки мають свої недоліки: збільшується рекомбінація екситонів, незбалансоване транспортування заряду та труднощі в контролі морфології плівки. Проте, можливі рішення представлені у кожному процесі фотоелектричного перетворення.

Розширення ефективності екситонів

Для покращення управління екситонами пропонується вдосконалення молекулярного дизайну нефулеренових акцепторів, використання флуорованих добавок та тісніший контроль пакування молекул для розширення дифузії та прискорення дисоціації в товстих шарах.

Збалансоване транспортування носіїв

Для підвищення та збалансування мобільності електронів і дірок вводяться стратегії, такі як сприяння планарності молекул та кристалічності, а також вертикальне фазове розділення, яке направляє заряди без втрат оптичного поглинання.

Рекомбінація та екстракція

Для зменшення рекомбінації та полегшення екстракції дослідники вказують на техніки інженерії побічних ланцюгів, вибір розчинних добавок і налаштування молекулярної маси полімерів для обмеження пасток і створення транспортувальних шляхів. Такі підходи прагнуть до створення архітектур, стійких до товщини.

Позитивні результати, що включають пристрої з товстими плівками, що перевищують 19% ефективності, демонструють потужні результати навіть при товщині активних шарів понад 500 нм. Стратегії стабільності, як-от стабілізація, зроблена завдяки ентропії, і контроль послідовності кристалізації, дозволяють зберегти 80-90% початкової ефективності після 1000 годин термальної витримки.

Питання вартості охоплюють дешеві полімерні донори, такі як PTQ10 і TVT-матеріали, а також зменшення відходів матеріалів при