Et alternativt arrangement:Hvordan en propelformet isomer kan forbedre organiske solceller

Forestil dig teknologien som en racerbil, der suser ned ad en bane – den kan kun køre så hurtigt, som motoren tillader det. Men lige da det så ud som om, at organiske solceller ramte en vejspærring, kommer 3PNIN, et spilskiftende molekyle formet som en propel, klar til at turbolade deres fremskridt og bryde igennem barrierer.

Organiske solceller (OSC'er) repræsenterer toppen af ​​vedvarende energi, men alligevel er visse komponenter faldet betydeligt bagud i forhold til den igangværende udviklings bane. Især katodegrænsefladematerialer (CIM'er) har ikke formået at opretholde det momentum, der er nødvendigt for at matche den kontinuerlige forbedring af OSC'er.

CIM'er spiller en afgørende rolle i at lette strømledningen fra metallet til halvlederen og omvendt; derfor, hvis de kommer til kort i elektrontransportydelse, kompromitteres strømkonverteringseffektiviteten (PCE) af OSC'er. Som svar på denne udfordring dykkede forskerne i at undersøge, hvordan molekylær struktur påvirker den overordnede ydeevne af både cellen og grænsefladematerialerne.

To propelformede forbindelser eksemplificerer den betydelige indflydelse, som molekylær konfiguration kan udøve på at forbedre funktionaliteten af ​​CIM'er og følgelig den fotovoltaiske ydeevne af OSC'er.

Forskere offentliggjorde deres resultater i Nano Research .

Undersøgelsen rapporterede om to isomerer, 3PNIN og 3ONIN, som er molekyler, der deler den samme formel, men som har forskellige arrangementer af endelukkede grupper. Disse varierede gruppearrangementer gør det muligt for forskellige intermolekylære interaktioner at finde sted inden for en isomer, som måske ikke er opnåelige med den anden.

"I det store område af vedvarende energi er OSC'er steget frem, karakteriseret ved deres æteriske arkitektur, semi-gennemsigtighed, omkostningseffektive produktion og skalerbare trykte samlinger, hvilket indvarsler en ny æra inden for at drive fleksible bærbare teknologier," bemærkede Prof. Minghua Huang, en forfatter af undersøgelsen.

Betydningen af ​​denne teknologi i en verden, hvor bæredygtige energikilder har vundet betydelig indpas (og nødvendighed), kan ikke overvurderes. Efter at have testet de propelformede isomerer, der præsenteres i denne forskning, afslørede resultaterne, at de to forbindelser kan udøve vidt forskellige effekter baseret på deres konfiguration, hvor den ene variant overgår den anden med hensyn til at forbedre funktionaliteten af ​​CIM'er.

3PNIN udviser en mere plan molekylær struktur sammenlignet med dets modstykke, 3ONIN. Denne strukturelle forskel gør det muligt for de endeafsluttede grupper i 3PNIN at ligge fladere i forhold til 3ONIN, og derved demonstrere betydelige forbedringer i funktionalitet, såsom elektronmobilitet og ledningsevne. "Som et resultat giver 3PNIN- og 3ONIN-behandlede OSC-enheder PCE'er på henholdsvis 17,73 % og 16,82 %," sagde Huang.

3PNIN udviser et betydeligt løfte i fremstillingen af ​​en termisk stabil enhed, mens den også forbedrer PCE af OSC'er, ud over fordelene ved forbedret mobilitet og ledningsevne sammenlignet med den fremherskende teknologi, der i vid udstrækning anvendes til CIM'er. Yderligere forfining af OSC-enheder behandlet med 3PNIN-isomeren rummer potentialet til at fremme tilgængeligheden og effektiviteten af ​​denne energikilde.

Forbedringer i OSC'er kan have en udbredt indvirkning på det vedvarende energilandskab og kan udvides til andre områder af teknologi, der er afhængig af organisk elektronik.

Flere oplysninger: Hao Liu et al., Propelformede NI-isomerer af katodegrænseflademateriale til effektive organiske solceller, Nano Research (2024). DOI:10.1007/s12274-024-6482-z

Leveret af Tsinghua University Press