Les cellules solaires organiques s'améliorent régulièrement à mesure que de nouveaux matériaux sont développés pour la couche active, et un article publié cette semaine dans Applied Physics Reviews présente un guide pratique pour la sélection de matériaux pour les cellules solaires organiques ternaires. Les auteurs ont décidé d'utiliser l'ingénierie des composants pour étendre l'absorption de la lumière et l'efficacité des cellules solaires d'une manière simple, voie physique au lieu du processus compliqué de synthèse de nouveaux semi-conducteurs. La diffusion des rayons X à grand angle à incidence rasante a été utilisée pour profiler le tassement moléculaire et l'orientation du matériau du système binaire avec PBDB-T-SF et IT-4F ajoutés en différentes quantités. Crédit :Données obtenues à Beamline I07 à la Diamond Light Source (Royaume-Uni)
Les cellules solaires organiques s'améliorent régulièrement à mesure que de nouveaux matériaux sont développés pour la couche active, en particulier lorsque les matériaux sont empilés dans une conception à hétérojonction en vrac qui tire parti de plusieurs fenêtres d'absorption combinées pour utiliser des photons dans davantage de parties du spectre.
Les matériaux non fullerènes sont particulièrement prometteurs dans les cellules solaires organiques binaires, permettant d'ajuster les propriétés optiques et énergétiques. Mais, malgré leurs avantages, ces matériaux ont des fenêtres d'absorption étroites. Les tentatives pour incorporer des accepteurs non fullerènes dans des cellules solaires organiques comprennent l'ajout d'un troisième composant pour augmenter la récolte de photons.
Le matériau du troisième composant doit être soigneusement sélectionné afin qu'il n'influence pas la forme et la structure moléculaires de manière à diminuer l'efficacité, mais qu'il assure un transfert d'énergie et de charge dans la bonne direction.
Un article publié cette semaine dans Examens de physique appliquée présente un guide pratique de sélection des matériaux pour les cellules solaires organiques ternaires. Les auteurs ont décidé d'utiliser l'ingénierie des composants pour étendre l'absorption de la lumière et l'efficacité des cellules solaires d'une manière simple, voie physique au lieu du processus compliqué de synthèse de nouveaux semi-conducteurs.
Ils commencent par un accepteur d'électrons non fullerène unique appelé COi8DFIC, qui a une efficacité de conversion élevée en raison de sa bande interdite élevée et de sa capacité à transformer son orientation moléculaire des orientations des lamelles en agrégations de type H et J lors de la coulée du substrat chaud. Dans l'étude, ils combinent un système binaire PTB7-Th:COi8DFIC avec le donneur d'électrons polymère PBDB-T-SF et le petit accepteur d'électrons moléculaire IT-4F pour déterminer l'adéquation de chaque matériau aux dispositifs ternaires.
Ils ont découvert qu'un matériau donneur ou accepteur peut être utilisé avec succès dans des dispositifs ternaires :PBDB-T-SF et IT-4F se sont avérés efficaces lorsqu'ils sont ajoutés au système binaire PTB7-Th:COi8DFIC en quantités de 10 % et 15 %. , respectivement.
Les matériaux ont amélioré la réponse spectrale, amélioré la récolte de photons et affecté l'ordre moléculaire des matériaux hôtes pour améliorer l'empilement π-π. L'empilement des plans moléculaires parallèlement à l'électrode du dispositif contribue directement à la mobilité des charges, efficacité de conversion de puissance et maintien d'une séparation de phase fine.
"La coexistence d'agrégats de type H et J signifie que l'appareil a un spectre d'absorption plus large et absorbera plus de photons dans les gammes de longueurs d'onde courtes et longues et les convertira en charges, résultant en une plus grande efficacité, ", a déclaré l'auteur Tao Wang.
Les auteurs envisagent d'explorer des méthodes physiques pour mieux contrôler la formation du matériau, pour inhiber le type H et favoriser l'agrégation de type J, qui étend l'absorption lumineuse vers le proche infrarouge, rendant possible les cellules solaires organiques semi-transparentes.
