Organisk fotovoltaisk celle med 17% effektivitet og overlegen bearbejdelighed til belægning i stort område

Organiske fotovoltaiske (OPV) celler har tiltrukket stor forskningsinteresse på grund af fordelene ved letvægt, fleksibilitet og billige løsninger. Med udviklingen af ​​organiske fotoaktive materialer, især de nyopståede ikke-fulleren elektronacceptorer (NFA'er), OPV -celler har givet strømkonverteringseffektivitet (PCE'er) på over 16% i de seneste år. Imidlertid, disse indretninger blev normalt fremstillet med en spin-coating-metode ved små områder under 0,1 cm ² i laboratorier, som ikke er egnede til fremtidige eksklusive produktioner.

Til spin-coating processen, våde film tørrer hurtigt på grund af den høje centrifugeringshastighed. Imidlertid, når belægningsmetoder i stort område, såsom klinge-belægning, slot-die belægning, og sprøjtemaling, er brugt, våde film tørrer langsomt. Den væsentligt reducerede fordampningshastighed af opløsningsmidlet giver meget længere tid til ordnet molekylær justering og aggregering, hvilket kan føre til dannelse af en større domænestørrelse eller overdreven faseseparation i det aktive lag. Derfor, det er stadig en udfordring at fremstille yderst effektive OPV-celler via store fremstillingsmetoder.

For nylig, forskergruppen ledet af prof. Jian-Hui Hou ved Institut for Kemi, Det Kinesiske Videnskabsakademi, finoptimerede alkylkæderne af BTP-4Cl (et derivat af et velkendt NFA, Y6) og syntetiserede en række nye NFA'er BTP-4Cl-X (X =8, 12 eller 16). De anvendte de nye NFA'er til fremstilling af store arealbelagte OPV-celler og opnåede gode resultater. Undersøgelsen med titlen "17% effektiv organisk fotovoltaisk celle med overlegen bearbejdelighed" blev offentliggjort i National Science Review .

Forskere viste med succes en høj PCE på 17% i det lille område (0,09 cm ² ) OPV-celler baseret på BTP-4Cl-12. Når bladbelægningsmetoden blev brugt til at udvide det aktive område, 1 cm2 OPV -celler opnåede en fremragende PCE på 15,5%, som er blandt de øverste værdier inden for OPV -celler indtil videre. Ved at samarbejde tæt med prof. Wei Ma fra Xi'an Jiaotong University, de afslørede, at BTP-4Cl-12 havde afbalanceret løsningsprocesserbarhed og aggregeringsfunktioner. Som resultat, bladbelægningsfilmen viste en meget god faseadskillelsesmorfologi, hvilket bidrog til den høje bærertransport og undertrykte ladningsrekombination i OPV -cellerne. Dette arbejde viste, at optimeringen af ​​de kemiske strukturer af de fotoaktive materialer havde stor betydning i større arealproduktion.