Инженеры раскрывают ключ к эффективным и стабильным органическим солнечным элементам

A, B Lorentz-коррекция, корректированные в толщину, нормализованные резонансные профили мягкого рентгеновского рассеяния (R-SOXS) из аккуратных (A) и смешанных (B) пленок, приобретенных при 284 эВ.Флуоресцентные сигналы при высоком Q были вычтены.Здесь значения Q соответствуют длительным периодам (L) с соотношением L = 2π/Q, а интегрированная область под профилями (общая интенсивность рассеяния) отражает чистоту домена смесей.C Схематическая иллюстрация межфазной перколяции Y6-PA до PM6 по сравнению с PM6: Y6-SMA.Кредит: Природная связь (2024).Doi: 10.1038/s41467-024-45455-0

Их исследование под названием «Роль межфазной перколяции донор-акцептор в эффективных и стабильных солнечных батареях с полностью полимернымОбнаружение было опубликовано как представленная статья в журнале Nature Communications.

Органическая фотоэлектрическая (OPV), в которой используется экономически эффективные, печатные и экологически чистые полимерные полупроводники, обладает огромным потенциалом для получения устойчивой и возобновляемой энергии.Однако из-за мягкой природы полимеров, достижение устройств OPV с высокой эффективностью и стабильностью длительной работы стало давней исследованием.

Работа исследовательской группы пролила свет на то, как преодолеть эту проблему.Команда сосредоточила свое исследование на новом типе молекулы с акцепцией электронов под названием Y6, которая, когда он полимеризован, показал большую перспективу в обеспечении эффективных и стабильных устройств OPV.

Исследовав динамику сверхбыстрой заряда с использованием фемтосекундных лазерных импульсов, исследователи впервые обнаружили, что контроль степени агрегации полимеризованных акцепторов Y6 (Y6-PA) играет решающую роль в стимулировании производства электроэнергии.

Исследовательская группа также выявила, что Y6-PA демонстрируют более высокую ошибку с донорским полимером по сравнению с небольшими молекулярными акцепторами того же типа.Эта ошибочность позволяет создавать наноразмерную перколяционную сеть на границе с гетероцепцией, предотвращая агрегацию Y6-PA.

Эта наноразмерная перколяция не только повышает эффективность генерации зарядов, но и значительно улучшает стабильность морфологии полимерной смеси, снижая потерю производительности устройства с течением времени при воздействии солнечной освещенности.

В ответ на этот прорыв профессор Филипп С.Ю.Чоу выразил свой энтузиазм, заявив, что «наше открытие открывает новые возможности для разработки эффективных и стабильных солнечных фотоаппаратов на основе полимеров, прокладывая путь для более устойчивых и жизнеспособных решений для солнечной энергии, которые могут быть беспрепятственно интегрированы в нашу среду, включая здания, транспортные средства, электронные продукты и даже одежда ».

Исследование было проведено совместно с командой профессора Харальда Аде из Университета штата Северная Каролина в США, профессором Юанпингом Ии из Института химии, Китайской академии науки и профессора Хин-Лап-команды Иипа из Городского университета Гонконга.

Это междисциплинарное сотрудничество позволило интегрировать экспертизу множественных исследовательских групп, включая сверхбыструю оптическую спектроскопию, квантовое химическое моделирование, синхротронное рентгеновское рассеяние и производство устройств солнечных элементов.Доктор Жен Ван, постдокторский научный сотрудник команды профессора Чоу в HKU, был первым автором этого исследования.

Больше информации: Zhen Wang и др., Роль межфазной донор-акцепторной перколяции в эффективных и стабильных всех полимерных солнечных клетках, природной связи (2024).Doi: 10.1038/s41467-024-45455-0