Forskere foreslår ny strategi for grænseflademodifikation af organiske solceller

Overfladeenergi (γ_s ) spiller en nøglerolle i dannelsen af ​​bulk-heterojunction (BHJ) film i organiske solceller fremstillet ved opløsningsproces. Blandbarheden af ​​BHJ-film kan forudsiges af forskellen i overfladeenergi mellem donor og acceptor. Den lodrette fordeling og stablingsorienteringen af ​​BHJ-film kan reguleres af overfladeenergien i det nederste grænsefladelag. Overfladeenergien af ​​tynd film opnås normalt ved at måle kontaktvinklen ved hjælp af Owens-Wendt-modellen.

Denne målemetode kan dog ikke afspejle overfladeenergifordelingen i nanoskalaområdet, og den kan ikke direkte forklare nanoskalastablingen og faseadskillelsen i BHJ-strukturen.

For nylig har et forskerhold ledet af Profs. Zhou Huiqiong, Qiu Xiaohui og Zhang Yong fra National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) foreslog en ny strategi til at undersøge reguleringen af ​​nanoskala overfladeenergifordeling ved grænsefladelaget af organiske solceller. Undersøgelsen blev offentliggjort i Joule .

Forskerne brugte den AFM-baserede Peak-Force Quantitative Nanomechanical Mappings (PFQNM) teknik til at karakterisere overfladeenergifordelingen i nanoskala af hultransporterende lag i organiske solceller. De fandt ud af, at overfladeenergifordelingen af ​​poly3,4-ethylendioxythiophen:polystyrensulfonat (PEDOT:PSS) effektivt kan reguleres ved at dope MoS₂ nanoark med forskellige laterale størrelser og heterogeniteten af ​​PEDOT:PSS distribution kan forstørres. Den heterogene fordeling af overfladeenergi (HeD-SE) kan yderligere regulere det aktive lags molekylære fordeling, krystalorientering og faseadskillelse.

På grund af optimeringen af ​​det aktive lags morfologi af HeD-SE blev ydeevnen og stabiliteten af ​​organiske solceller forbedret med den bedste effektkonverteringseffektivitet (PCE) på 18,27 %. Desuden var forbedringsforholdet af PCE proportional med udvidelsen af ​​Δγ_s i BHJ.

Prof. Zhou's team har været dedikeret til grænseflademanipulation i opløsningsbehandlede organiske solceller og har udført en række undersøgelser af overfladeenergireguleringen i organiske solceller. Forskerne opnåede først en høj fyldningsfaktor på 80 % i organisk solcelle ved at inkorporere WO_x nanopartikler i PEDOT:PSS. Derefter undersøgte de forholdet mellem stablingsorienteringen af ​​det aktive lag, ydeevnen af ​​organiske solceller og overfladeenergien af ​​grænsefladelaget. Strategien med grænseflademodifikation blev brugt til at studere elektrontransporterende lag i omvendte enheder og er blevet brugt i perovskit-solceller. Ved at bruge biopolymeren heparinnatrium til at modificere overfladeenergien blev grænsefladedefekten af ​​perovskit-solceller passiveret med forbedringer af PCE og stabilitet. + Udforsk yderligere

Undersøgelse af molekylær orientering ved polarisationsselektiv transient absorptionsspektroskopi