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创纪录的有机光伏发电效率

发布时间:2022-12-22 作者: 来源: 浏览:1393
有机光伏(OPV)是基于有机半导体的下一代太阳能电池技术,可用于可扩展的清洁能源和可穿戴电子设备。但OPV中光生载流子的复合会导致出现不可逆的能量转换损失,这使得OPV的功率转换效率(PCE)无法进一步提高。近日,发表在 《自然·能源》 Nature Energy )上的一项研究显示,香港城市大学的研究人员克服了这一障碍,他们开发了一种新的设备工程策略,成功抑制了OPV能量转换损失,实现了超过19%的创纪录的光电转换效率。
在OPV中,来自阳光的能量会产生激子(结合在一起的带负电的电子和带正电的空穴),并在纳米级给体-受体界面处离解成自由电子和空穴,产生电荷载流子,也就是光电流。但如果这些电荷载流子没有被电极收集,就会在给体-受体界面再次相遇,重新结合成为低能三重态激子T₁,并弛豫回基态。在这个不可逆的过程中,能量会以热量的形式损失,光电流也会损失,极大限制了OPV可实现的最大PCE。研究人员采用降低了给体和受体材料混合度的平面混合异质结(PMHJ)取代了传统的高度混合的本体异质结(BHJ),减少了给体-受体接触,能够最大限度地抑制界面处电荷转移状态介导的损耗途径,降低T₁浓度。这项研究从根本上改变了过去多通过增大给体-受体接触界面从而提升OPV性能的策略,并为未来OPV技术商业化提供了全面的基础。
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