移動端


當(dāng)前位置：興旺寶>資訊首頁> 技術(shù)前沿

國家納米中心等在降低有機太陽能電池能量損失方面獲進(jìn)展

2022-06-20 18:24:31來源：中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心 閱讀量：118 評論

分享：

導(dǎo)讀：結(jié)果表明，通過降低受體在光電轉(zhuǎn)換過程中的重組能，可有效降低非輻射復(fù)合和驅(qū)動激子解離引起的能量損失，在開路電壓(VOC)高于0.93 V的情況下，效率可達(dá)18.2%，能量損失低至0.48 eV。

　　近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心納米系統(tǒng)與多級次制造重點實驗室研究員魏志祥、呂琨、朱凌云，與山東大學(xué)教授郝曉濤合作，設(shè)計合成了兼具低能量損失和高能量轉(zhuǎn)換效率的非富勒烯小分子受體材料。
 
　　結(jié)果表明，通過降低受體在光電轉(zhuǎn)換過程中的重組能，可有效降低非輻射復(fù)合和驅(qū)動激子解離引起的能量損失，在開路電壓(VOC)高于0.93 V的情況下，效率可達(dá)18.2%，能量損失低至0.48 eV。這是迄今為止文獻(xiàn)報道的效率超過17%的二元有機光伏體系中最小的能量損失。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。
 
　　有機太陽能電池(OSCs)因重量輕、可溶液加工、半透明及柔性等優(yōu)點而受到關(guān)注。隨著材料設(shè)計的發(fā)展和器件工藝的優(yōu)化，基于Y-體系的非富勒烯受體的OSCs的效率在二元器件中達(dá)18%以上，在三元器件中達(dá)19%以上。然而，與無機和鈣鈦礦太陽能電池相比，OSCs的能量損失(電壓損失)相對較大，成為限制OSCs光伏性能的瓶頸因素。目前，大多數(shù)高性能OSCs的開路電壓被限制在0.8~0.9 V，能量損失普遍大于0.5 eV。為了進(jìn)一步提高OSCs的效率，需要深入了解能量損失的來源，并通過合理的分子設(shè)計進(jìn)一步降低能量損失。
 
　　OSCs的能量損失主要來自兩個方面：激子解離需要的驅(qū)動力和非輻射復(fù)合。非輻射復(fù)合與電子-振動耦合有關(guān)(即重組能λ，它描述了電子轉(zhuǎn)移過程中分子幾何形狀的變化，反映了電子與分子內(nèi)振動之間的相互作用)。重組能在OSCs的整個光電轉(zhuǎn)換過程中具有重要作用，小的重組能有助于抑制非輻射符合，并可以減小激子解離所需的驅(qū)動力。近日，課題組以Y型非富勒烯受體為分子骨架，將苯并噻唑(BT)五元環(huán)核替換為喹喔啉(Qx)六元環(huán)核，設(shè)計合成了非富勒烯小分子受體Qx-1和Qx-2。通過理論計算與薄膜形貌、激子和電荷動力學(xué)結(jié)果表明，這兩種受體在光電轉(zhuǎn)換過程中的重組能比Y6顯著降低，有利于提高激子壽命和擴散長度，促進(jìn)電荷傳輸，抑制電荷復(fù)合帶來的能量損失。以聚合物PM6為給體，Qx-1和Qx-2為受體的二元有機光伏體系的能量損失分別降低到0.508 eV和0.482 eV，且兩種體系的VOC均達(dá)到0.9 V以上，同時能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)18%以上。該工作揭示了減小重組能對于降低OSCs能量損失的重要性，為進(jìn)一步提高OSCs的效率提供了新策略。
 
　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、CAS-CSIRO聯(lián)合項目的支持，并獲得西安交通大學(xué)、北京師范大學(xué)的科研人員的幫助。
 

 

　　a)Y6、Qx-1和Qx-2受體的化學(xué)結(jié)構(gòu)；b)光電轉(zhuǎn)換過程中，不同電子態(tài)之間相互躍遷的重組能變化示意圖；c)理論計算的三個受體中不同電子態(tài)之間相互躍遷的重組能；d)效率統(tǒng)計分布圖；e)不同體系能量損失與效率統(tǒng)計圖。
 
版權(quán)與免責(zé)聲明：1.凡本網(wǎng)注明“來源：興旺寶裝備總站”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-興旺寶合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：興旺寶裝備總站”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。 2.本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它來源（非興旺寶裝備總站）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點或和對其真實性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。 3.如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
我來評論

昵稱 驗證碼

文明上網(wǎng)，理性發(fā)言。（您還可以輸入200個字符)

所有評論僅代表網(wǎng)友意見，與本站立場無關(guān)

    相關(guān)新聞