Ternære acceptor- og donormaterialer øger fotonhøst i organiske solceller

Organiske solceller forbedres støt, da nye materialer udvikles til det aktive lag, især når materialer stables i et heterojunction -design i bulk, der udnytter flere kombinerede absorptionsvinduer til at bruge fotoner i flere dele af spektret.

Ikke-fulleren materialer er især lovende i binære organiske solceller, gør det muligt at justere optiske og energiske egenskaber. Men, trods deres fordele, disse materialer har smalle absorberingsvinduer. Forsøg på at inkorporere ikke-fullerenacceptorer i organiske solceller omfatter tilføjelse af en tredje komponent for at øge fotonhøst.

Det tredje komponentmateriale skal vælges omhyggeligt, så det ikke påvirker molekylær form og struktur på måder, der reducerer effektiviteten, men sikrer energi og ladningsoverførsel i den rigtige retning.

Et papir udgivet i denne uge i Anvendt fysik anmeldelser præsenterer en praktisk vejledning til valg af materialer til ternære organiske solceller. Forfatterne satte sig for at anvende komponentteknik til at udvide lysabsorptionen og effektiviteten af ​​solceller på en enkel, fysisk måde i stedet for den komplicerede proces med at syntetisere nye halvledere.

De starter med en unik ikke-fulleren elektronacceptor kaldet COi8DFIC, som har en høj effekt konverteringseffektivitet på grund af dens høje båndgap og evnen til at transformere sin molekylære orientering fra lamellorienteringer til H- og J-type aggregationer under varm substratstøbning. I undersøgelsen, de kombinerer et PTB7-Th:COi8DFIC binært system med polymer-elektrondonoren PBDB-T-SF og den lille molekylære elektronacceptor IT-4F for at bestemme hvert materiales egnethed til ternære enheder.

De opdagede, at enten et donor- eller acceptormateriale kan bruges med succes i ternære enheder:PBDB-T-SF og IT-4F viste sig at være effektive, når de blev tilføjet til det binære PTB7-Th:COi8DFIC-system i mængder på 10% og 15% , henholdsvis.

Materialerne forbedrede spektralrespons, forbedret fotonhøstning og påvirkede værtsmaterialernes molekylære orden for at forbedre π-π stabling. At stable molekylplanerne parallelt med enhedens elektrode bidrager direkte til ladningsmobilitet, strømkonverteringseffektivitet og opretholdelse af finfaseseparation.

"Sameksistensen af ​​aggregationer af H- og J-typen betyder, at enheden har et bredere absorptionsspektrum og vil absorbere flere fotoner i både korte og lange bølgelængdeområder og omdanne dem til ladninger, resulterer i højere effektivitet, "sagde forfatteren Tao Wang.

Forfatterne planlægger at udforske fysiske metoder til bedre at kontrollere materialets dannelse, at hæmme H-typen og tilskynde til aggregering af J-typen, som udvider lysabsorberingen mod nær-infrarød, muliggør halvgennemsigtige organiske solceller.