AEM.侯剑辉团队改善 VOC 耗损突破有机光伏电池效率

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有机光伏电池（OPVs）以其轻薄、柔性、可印刷等优势，在过去几年中吸引了广泛的关注。然而，OPVs 的效率和稳定性仍然落后于传统硅太阳能电池。提高受体材料的电致发光效率，可以有效降低非辐射能量损失，进一步提升有机光伏电池的性能。中国科学院化学研究所侯建辉教授团队近期取得重大突破，通过在受体材料中引入吡咯环，成功合成出具有高电致发光性能的两种中等带隙受体材料：FICC-EH 和 FICC-BO。 该研究成果发表在国际顶尖期刊《Advanced Energy Materials》上。吡咯环：提升电致发光的关键吡咯环是一种有前景的构建单元，其为一种含氮杂环化合物，因共轭结构而形成较高的稳定性和电子迁移率，可以有效提升受体材料的电致发光性能; 另外，吡咯可以聚合形成聚吡咯，此导电聚合物，具有良好的电导率和环境稳定性。而其通过化学修饰或掺杂，电学和光学性能可以得到显着调整，进而增加了在不同应用中的灵活性。然而，目前很少有研究报道基于吡咯的中等带隙受体材料。侯剑辉团队的研究成果，为有机光伏电池的发展提供了新的思路。高电致发光性能的受体材料侯剑辉团队合成的两种受体材料 FICC-EH 和 FICC-BO，都表现出强烈的电致发光特性，在有机发光二极体 (OLEDs) 中取得了 0.1% 的量子效率 (QE)，这表明它们具有良好的电致发光性能。Voc 耗損对于器件效率提升的关聯性本研究使用光焱科技设备提升器件效率的关键策略研究团队通过优化受体材料的分子结构和薄膜形貌，进一步提高了器件的效率和稳定性。l更长的烷基链： FICC-BO 具有更长的烷基链，这使得薄膜形成过程更加缓慢，有利于形成更清晰的纤维网路形貌和有序的分子堆叠，从而提高了载流子迁移率，抑制了电荷重组。l降低能量损失： 由于电致发光效率的提高，减少了非辐射能量损失，PBQx-TF:FICC-BO 基础的 OPV 电池在 AM 1.5G 下的能量转换效率 (PCE) 达到 12.0%，开路电压 (VOC) 为 1.04 V，在 1000 lux LED 照明下，PCE 达到 25.4%。Voc 耗損对于器件效率提升的关聯性开路电压 (VOC) 是衡量太阳能电池性能的重要指标之一，它代表着电池在没有电流输出的情况下所能达到的电压值。VOC 耗损是指器件的实际 VOC 与理论 VOC 之间的差距，它主要由材料的能级排列、界面重组以及热损失等因素引起。降低 Voc 耗损可以有效提高器件的能量转换效率，而提高受体材料的电致发光效率可以有效降低 Voc 耗损。这是因为，电致发光效率高的受体材料，其非辐射重组损失较少，从而可以有效降低 Voc 耗损。在该研究中，FICC-BO 的高电致发光效率，有效地降低了 Voc 耗损，最终使器件的开路电压达到 1.04 V。侯剑辉团队在研究中使用了光焱科技 (Enlitech) 的多款设备，为其研究提供了强有力的技术支持。lSS-X50 AM1.5G 太阳光模拟器： 該設備可以模擬真實的太阳光谱，为有机光伏电池提供标准的测试环境，确保测试结果的准确性和可靠性。lQE-R 光伏/太阳能电池量子效率量测方案： 該設備可以測量不同波長光照下器件的外部量子效率 (EQE)，帮助研究人员分析光电转换过程，优化器件结构和材料选择。lREPS 钙钛矿与有机光伏 Voc 损耗分析系统： 該設備可以分析器件的 Voc 損失，帮助研究人员了解器件性能的瓶颈，找到提升效率的方案。lFTPS 傅立葉轉換光電流測試儀 (FTPS) / 高靈敏度外量子效率 (HS-EQE)： 該設備可以測量器件的光電流譜，帮助研究人员分析器件的电荷传输和重组过程。本文參數圖:Fig. S12_ 外部量子效率 (EQE) 谱、归一化的电致发光 (EL) 谱以及电致发光外部量子效率 (EQEEL) 。展示了两种材料混合薄膜的光电转换效率和电致发光性能。 可以帮助评估器件的整体性能，并分析电致发光效率对器件性能的影响。*本数Figure S13. 短路电流密度 (JSC) 与光强度的关系。帮助了解器件的光电转换效率与光强度的关系，为器件的应用提供参考。Table S3. 能量损失 (Eloss) 的相关参数，包括带隙 (Eg)、电子传输层 (ECT) 的能级、能量损失、辐射损失和非辐射损失。展示了两种材料混合薄膜的能量损失情况，可以帮助研究人员分析器件的性能瓶颈，并为优化器件设计提供指导。原文出处: ADVANCED ENERGY MATERIALS推薦設備_1.      SS-X 系列_AM1.5G太阳光模拟器2.      QE-R_流行和值得信赖的 QE / IPCE 系统具有以下特色優勢：l高精度: QE-R 系統采用高精度光谱仪和校准光源，确保 EQE 测量的准确性和可靠性。l宽光谱范围: QE-R 系統的光谱范围覆盖紫外到近红外区域，适用于各種光伏材料和器件的 EQE 测量。l快速测量: QE-R 系統具有快速扫描和数据采集功能，能够高效地进行 EQE 光谱测量。l易于操作: QE-R 系統软件界面友好，操作简单方便，即使是初学者也能轻松上手。l多功能: QE-R 系統不僅可以进行 EQE 测量，还可以进行反射率、透射率等光学特性的测量，具有多功能性。3.      REPS_钙钛矿与有机光伏Voc损耗分析系统4.      FTPS_  傅立叶变换光电流测试仪