1720787301
2024-07-12 12:00:01
デバイスの性能。クレジット: Nature Energy (2024)。DOI: 10.1038/s41560-024-01564-0
ポリマー供与体や縮合環電子受容体 (FREA) として知られる化合物をベースにした有機太陽電池の電力変換効率 (PCE) は、最近 19% を超えました。対照的に、縮合していない (つまり独立した) 芳香族環を特徴とするより手頃な化合物である非縮合環電子受容体 (NFREA) をベースにした有機太陽電池は、これまでのところ約 16% という期待外れの効率を示しています。
NFREAの合成はFREAの合成よりも大幅に安価であるため、より多くの 効率的な太陽電池 これらの材料をベースにした研究は、重要な意味を持つ可能性があります。具体的には、有機太陽電池の普及を促進し、排出量の削減や環境問題の緩和に貢献する可能性があります。
上海交通大学、青島大学、その他の中国の研究機関の研究者らは最近、NFRAをベースにしたより効率的な有機太陽電池を製造するための新しいアプローチを提案した。このアプローチは、論文で概説されている。 出版された Nature Energyに掲載されたこの研究では、クロロホルム（CF）とo-キシレン（OXY）をベースにした溶媒と、NFRAの結晶化をさらに促進する固体添加剤を使用することで、これらの化合物をベースにした太陽電池のPCEを高めることができます。
「非縮合環電子受容体（NFREA）は、縮合環電子受容体よりも合成コストが低い可能性がある」と、Rui Zeng、Ming Zhang、および彼らの同僚は論文に記している。「しかし、低い骨格平面性とかさばる置換基の存在は、NFREAの結晶性に悪影響を及ぼし、電荷輸送と有機太陽電池における二連続形態の形成を妨げます。私たちは、二成分溶媒系がドナーポリマー（たとえば、D18）とNFREA（たとえば、2BTh-2F-C2）の結晶化と相分離を個別に制御できることを示しています。」
材料と溶媒の選択。a、D18、2BTh-2F-C2、および関連溶媒の化学構造。揮発性が低く、ポリマー供与体に対する溶解度が低い溶媒は青いボックスで囲まれています。揮発性が高く、ポリマー供与体に対する溶解度が低い溶媒は紫色のボックスで囲まれています。揮発性が低く、ポリマー供与体に対する溶解度が高い溶媒は緑のボックスで囲まれています。揮発性が高く、ポリマー供与体に対する溶解度が高い溶媒は青紫色のボックスで囲まれています。b、δv–δh 図におけるさまざまな溶媒への D18 の溶解度 (δh、分子水素結合相互作用、δv、δV = √δ2 D + δ2 P )。c、さまざまな溶媒への D18 の正規化された吸収。青い四角は、良溶媒への D18 の吸収ピークを表します。 紫色の四角形は、不良溶媒中の D18 の吸収ピークを表しています。d、蒸気圧と溶解度に基づく溶媒分類図。良溶媒は RED 指数が 1 未満で溶解度範囲内にあります。不良溶媒は RED 指数が 1 より大きく、RED 数が大きいほど溶解度が悪くなります。e、CF と OXY の 2 成分溶媒中の体積分率の関数としての蒸気圧。実線の垂直線は溶媒混合物中の OXY の 12% 体積分率を表し、上の破線の水平線は 12%-OXY 溶媒混合物中の CF 蒸気圧 (142.26 torr) を表し、下の破線の水平線は 12%-OXY 溶媒混合物中の OXY 蒸気圧 (0.41 torr) を表します。OXY が溶媒混合物の大部分を占める場合、CF と OXY の蒸気圧は両方とも 4.88 torr で、蒸発速度は同じです。 f～h、CF条件（f）、OXY条件（g）、CF&OXY条件（h）におけるD18:2BTh-2F-C2ブレンド前駆体溶液のin situ UV-vis吸収スペクトルの時間依存等高線マップ。破線と破線ボックスは、フィルム形成プロセスにおけるCF、OXY、CF&OXYベースのブレンド前駆体溶液のD18と2BTh-2F-C2のスペクトル変化時間を表しています。クレジット：Zeng et al.（Nature Energy、2024）。
研究の一環として、Zeng、Zhang、および共同研究者は、まずCFとOXYを含む化合物混合物を設計し、合成しました。次に、ドナーポリマーとNFREAがこの溶媒混合物にどのように反応するかを観察し、特にこれらの化合物上のフィルムの形成に焦点を当てました。
「我々は、異なる温度と速度で蒸発し、ドナーポリマーD18に対する溶解度が異なるCFやOXYなどの溶媒を選択した」と研究者らは記している。「クロロホルムが蒸発すると、D18は繊維状に集まり始める。その後、o-キシレンが蒸発すると、繊維ネットワークが急速に形成され、2BTh-2F-C2が純粋なドメインに相分離し、二連続形態につながる。」
研究者らは、サンプルに固体添加剤、すなわち 1,4-ジヨードベンゼン (DIB) も導入しました。この添加剤は、形成された光活性薄膜がほぼ乾燥している間に、NFREA の結晶化をさらに促進するために配置されました。
研究者らは、このアプローチを利用して NFREA をベースにした新しい太陽電池を開発し、一連の初期テストで評価しました。驚くべきことに、溶媒と添加剤によって可能になった形態により、小面積 (0.052 cm2) のセルで 19.02%、1 cm2 のデバイスで 17.28% の PCE が実現できることが分かりました。
この最近の研究は、NFREAsをベースにした有機太陽電池の製造に新たな可能性をもたらし、FREAsをベースにした太陽電池よりも大幅に安価になる可能性があります。この研究チームが集めた有望な発見は、この方向へのさらなる取り組みを刺激し、将来の商業化に貢献する可能性があります。 有機太陽電池。
詳しくは：
Rui Zeng 他「ドナーとアクセプターの結晶化の溶解度制御により非融合リング電子アクセプター太陽電池で 19% の効率を達成」Nature Energy (2024)。 DOI: 10.1038/s41560-024-01564-0
© 2024 サイエンスXネットワーク
引用: 非融合リング電子受容体太陽電池の効率を高める新しいアプローチ (2024 年 7 月 12 日) 2024 年 7 月 12 日に https://techxplore.com/news/2024-07-approach-boost-efficiency-fused-electron.html から取得
この文書は著作権の対象です。個人的な学習や研究を目的とした公正な取り扱いを除き、書面による許可なしに複製することはできません。コンテンツは情報提供のみを目的として提供されています。
#非融合リング電子受容体太陽電池の効率を高める新しいアプローチ