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分子涂层增强有机太阳能电池

KAUST 研究人员发现,只有一个分子厚的电极涂层可以显着提高有机光伏电池的性能。该涂层优于目前用于该任务的领先材料,并且可能为改进依赖有机分子的其他设备(例如发光二极管和光电探测器)铺平道路。

分子涂层增强有机太阳能电池

与使用晶体硅收集光的最常见光伏电池不同,有机光伏电池 (OPV) 依赖于碳基分子的光吸收层。尽管 OPV 还不能与硅电池的性能相媲美,但使用印刷技术大规模制造它们可以更容易、更便宜。

当光进入光伏电池时,其能量释放负电子并留下正间隙,称为空穴。不同的材料然后收集电子和空穴并将它们引导到不同的电极以产生电流。在 OPV 中,一种称为 PEDOT:PSS 的材料被广泛用于简化生成的空穴向电极的转移;然而,PEDOT:PSS 价格昂贵、呈酸性,并且会随着时间的推移降低电池的性能。

KAUST 团队现在开发了一种更好的 PEDOT:PSS 替代方案。他们使用更薄的空穴传输分子 Br -2 PACz涂层,该分子与氧化铟锡(ITO) 电极结合形成单分子层。使用 Br -2 PACz的有机电池实现了18.4%的功率转换效率,而使用 PEDOT:PSS 的等效电池仅达到 17.5%。

“我们对性能的提升确实感到非常惊讶,”林元宝博士说。学生和团队成员。“我们相信 Br -2 PACz 具有替代 PEDOT:PSS 的潜力,因为它具有低成本和高性能。”

Br -2 PACz 以多种方式提高了电池的效率。与其竞争对手相比,它产生的电阻更小,空穴传输得到改善,并允许更多的光照射到吸收层。Br -2 PACz 还改进了吸光层本身的结构,这种效果可能与涂层工艺有关。

该涂层甚至可以提高太阳能电池的可回收性。研究人员发现,ITO 电极可以从电池中取出,剥去其涂层,然后像新的一样重新使用。相比之下,PEDOT:PSS 会使 ITO 的表面变得粗糙,因此如果在另一个电池中重复使用,它的性能会很差。“我们预计这将对 OPV 的经济性和环境产生巨大影响,”领导这项研究的 Thomas Anthopoulos 说。

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