Nøjagtig bestemmelse af energiniveauerne for forskellige solceller til højtydende enheder

Et elektronisk misforhold i de materialer, der bruges til at lave organiske solceller, kan forbedre celledriften, har KAUST-forskere vist. Det overraskende fund - udgivet i Advanced Materials og lavet efter en omfattende reanalyse af state-of-the-art organiske solmaterialer - bør gøre det muligt for forskere at forudsige nye organiske formuleringer med stærk solcelleydelse.

Det lysfangende lag af organiske solceller består typisk af en to-komponent blanding kaldet en donor-acceptor blanding. I sollys kan den indkommende energi excitere elektroner til at springe mellem forskellige energiniveauer i blandingen, hvilket tyder på, at energiniveaujusteringen mellem donoren og acceptorkomponenten bør være nøglen til enhedens ydeevne. Forskellige forskningsgrupper har imidlertid brugt forskellige metoder til at måle energiniveauer og har produceret modstridende resultater om effekten af ​​energiniveaujustering.

"Vi ønskede at forstå oprindelsen af ​​denne modstridende forståelse," siger Anirudh Sharma, en postdoc i Derya Barans laboratorium, som ledede arbejdet. "Dette motiverede os til at studere energiniveauerne af organiske solcellematerialer ved hjælp af forskellige metoder til at etablere meningsfulde materiale-ejendomsforhold," siger han.

Holdet bestemte energiniveauerne for 33 organiske solmaterialer ved hjælp af fire forskellige teknikker. "Vores resultater viser, at energiniveauerne for organiske halvledere målt ved hjælp af fotoelektron og lavenergi invers fotoelektronspektroskopi er tæt korreleret med solcellernes egenskaber," siger Jules Bertrandie, en Ph.D. elev i Barans gruppe. Han bemærker, at cyklisk voltammetri derimod gav vildledende resultater i forbindelse med solcelleenerginiveauer.

Efter at have etableret de bedste metoder til måling, analyserede holdet energiniveaujustering i 12 donor-acceptor organiske solcelleblandinger. Resultaterne viste - i modsætning til den nuværende tro - at blandinger med ringe eller ingen forskel i en energiniveaumåling, kendt som ioniseringsenergien, var dårlige præstationer. De bedst ydende organiske solceller havde en signifikant forskel i ioniseringsenergi mellem donor- og acceptorkomponenten i blandingen.

"Vi var ikke overraskede over, at vores forslag til en ny type energiniveaumåling ville være mere pålidelig, men vi var overraskede over, at vores hypotese afslørede, at det, man almindeligvis tror i litteraturen, faktisk ikke er sandt," siger Baran. "Denne metode har et enormt potentiale til at afsløre nye donor-acceptor-parsystemer, der kunne fungere godt i organiske solceller og også fremhæve, hvilke par der ikke vil fungere," tilføjer hun.

Betydningen af ​​resultatet strækker sig ud over solforskning, bemærker Sharma. "Konsekvenserne af denne undersøgelse er relevante for et større felt af organisk elektronik generelt," siger han. + Udforsk yderligere

Kortlægning af, hvordan energi flyder i organiske solceller