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中科院化學(xué)所劉峰/朱曉張,最新Nature Energy!

中科院化學(xué)所劉峰/朱曉張,最新Nature Energy!

第一作者:Yuanyuan Jiang, Shaoming Sun, Renjie Xu
通訊作者:劉峰,朱曉張
通訊單位:中國科學(xué)院化學(xué)研究所
論文速覽
對于有機(jī)太陽能電池(OSCs)而言,要彌補(bǔ)與肖克利-奎塞極限之間的差距,必須同時(shí)降低高開路電壓下的能量損耗,提高光利用率以增強(qiáng)短路電流密度,并通過分子設(shè)計(jì)和器件工程保持高填充系數(shù)的理想納米形態(tài)。
本文通過設(shè)計(jì)并合成了一種具有不對稱結(jié)構(gòu)的非富勒烯受體(Z8),該受體通過引入苯基來形成三元有機(jī)太陽能電池中的合金受體。這種不對稱結(jié)構(gòu)有效減少了非輻射能量損失和電荷復(fù)合,同時(shí)苯基取代的烷基側(cè)鏈改善了分子間相互作用,提高了薄膜的納米形貌,實(shí)現(xiàn)了高效的激子解離和減少的電荷復(fù)合。研究團(tuán)隊(duì)展示了基于D18: Z8: L8-BO三元混合物的有機(jī)太陽能電池,效率達(dá)到了20.2%(認(rèn)證效率為19.8%)。
通過理論計(jì)算,研究了光子和載流子損失的整體分布,并分析了開路電壓、短路電流密度和填充因子的潛在改進(jìn)空間,為有機(jī)太陽能電池性能的進(jìn)一步發(fā)展提供了合理指導(dǎo)。
圖文導(dǎo)讀
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圖1:材料和器件性能。
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圖2:電荷動(dòng)力學(xué)分析。
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圖3:形貌表征。
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圖4:理論計(jì)算。
總結(jié)展望
本研究通過引入具有不對稱結(jié)構(gòu)和苯基取代烷基側(cè)鏈的非富勒烯受體Z8,實(shí)現(xiàn)了與L8-BO形成的合金受體,顯著提高了有機(jī)太陽能電池的效率至20.2%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明,Z8的引入不僅減少了能量損失和電荷復(fù)合,而且通過改善分子間相互作用和納米形貌,提高了激子解離和電荷傳輸效率。
此外,研究還對光子和載流子損失進(jìn)行了詳細(xì)分析,為進(jìn)一步提高有機(jī)太陽能電池的性能提供了明確的方向。未來的工作將集中在材料創(chuàng)新和器件工程上,以期達(dá)到更高的光電轉(zhuǎn)換效率,推動(dòng)有機(jī)太陽能電池技術(shù)的發(fā)展。
文獻(xiàn)信息
標(biāo)題:Non-fullerene acceptor with asymmetric structure and phenyl-substituted alkyl side chain for 20.2% efficiency organic solar cells
期刊:Nature Energy
DOI:10.1038/s41560-024-01557-z

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