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提高有机太阳能电池性能的方法

作者:原创   发布时间: 2021/5/27 6:29:33

 有机太阳能电池是由廉价而丰富的材料制成,但其效率和稳定性仍然落后于硅基太阳能电池。一个中德科学家团队发现了一种提高有机太阳能电池导电性的方法,从而提高了它们的性能。该论文发表在《Angewandte Chemie》杂志。



那么,如何提高有机太阳能电池的性能?

有机太阳能电池将光转化为电流。电池的核心是由特殊设计的有机分子构成的活性有机层。在这里,电子和空穴,电子的正极对应物,由光产生,并移动到电极上形成电流。有机太阳能电池设计中经常遇到的一个问题是材料类型的匹配。

电极由无机材料制成,但活性层是有机的。为了连接这两种材料,在许多有机细胞类型中引入了金属氧化物夹层。但在大多数设计中,所得到的电导率并不是最优的。

科学家们将连接电极和活性层的金属氧化物中间层与改性有机染料掺杂,制备了一种有机染料。它与氧化锌层中的锌离子形成稳定的络合物,在阳光下,这种被称为羟基 PBI的有机染料会将电子注入氧化锌中间层,从而提高其导电性。

对有机太阳能电池组装时,使用倒置体异质结电池结构,包括一个玻璃氧化铟锡(ITO)电极,氧化锌层掺杂羟基PBI染料,活性层的聚合物作为有机分子电子供体和受体,另一个金属氧化物夹层,一个铝电极作为正极。这种结构被称为是一种最先进的有机太阳能电池,它实现了最高15%的功率转换效率。

值得一提的是,层间掺杂有两点优势:

1、转化效率达到了近16%

2、染料掺杂的氧化锌中间层也比未掺杂的氧化锌中间层更加稳定。

研究人员认为,重要的是将PBI染料改性为羟基PBI形式,从而与锌离子形成紧密的络合物。只有这样,无机-有机杂化结构才能与活性物质形成良好的接触。

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