有机光伏中的富勒烯电桥导电间隙

有机光伏中的富勒烯电桥导电间隙

有机光伏已经取得了显著的高效率,但寻找高性能有机太阳能电池材料的最佳组合,这也是经济上具有竞争力的,仍然是一个挑战。美国和中国的研究人员现在已经开发出一种创新的夹层材料,以提高器件的稳定性和电极性能。

图片说明:用悬垂富勒烯将离子聚合物转变为高效阴极夹层

在《Angewandte Chemie》(“用悬垂的富勒烯将离子聚合物转化为有效的阴极夹层”)期刊上,作者描述了他们的富勒烯加标、易于加工的离子聚合物,这提高了有机太阳能电池的能量转换效率。

与普通的硅基太阳能电池相比,有机光伏(opvs)在太阳能发电中涉及到有机分子。OPV材料丰富,可加工,价格便宜,重量轻,模块可以灵活,性能可调。这种材料的主要缺点是,要达到长寿命和高性能,需要精心设置和架构。与电极匹配的材料的优化组合仍然是难以捉摸的。

银或金金属形成空气稳定、可加工的阴极,但它们也降低了器件的电位。为了解决这个问题,北京化工大学的姚璐,马萨诸塞大学的托马斯·罗素和托德·艾瑞克,以及他们的研究小组,开发了一种新型的聚合物材料,作为电极和活性层之间的中间层。中间层必须导电,并且必须通过提供界面偶极子降低阴极的工作功能。

作为一种层间材料,研究人员研究了一类新型的带电聚合物,离子聚合物。作者解释说:“离子聚合物是一种多阳离子,其中带电部分位于聚合物主链内,而不是作为悬垂基团。”这导致了比传统阳离子聚合物更高的电荷分布,此外,更好的可调性。离子聚合物提供了一个有用的界面偶极子,但单是它们缺乏所需的导电性。

因此,作者在聚合物层的结构框架中加入富勒烯。所谓的“巴基球”——完全由碳制成的富勒烯球已经被用作光学伏器件中的常见受体分子。它们具有高导电性和许多其他有利的性能。

科学家们利用新型功能性单体对传统的步进生长聚合化学进行了创新,制备了富勒烯-离子层间材料。他们组装了OPV设备,包括一个夹层。结果是,与没有夹层的设备相比,功率转换效率平均提高了三倍。超过10%的效率表明这些模块化设备的进一步适用性。

这项工作表明,对材料组成进行相对简单的改性可以提高有机电子器件的效率,并且可以克服与硬(电极)和软(活性层状)材料结合有关的固有问题。

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