Die Wortbildungslehre welcher aktiven Schicht von organischen Solarzellen (OSCs) dient wie Kommandostand, die Materialeigenschaften mit welcher Geräteleistung verbindet, und von dort ist die Wortbildungslehre von entscheidender Geltung zwischen welcher Geräteherstellung. Modernste Leistungsumwandlungseffizienzen (PCEs) von OSCs hinaus welcher Fundament von p-Typ-Donorpolymeren und n-Typ-Nicht-Fulleren-Akzeptoren (NFAs), die sich durchdringende Fibrillennetzwerke mit mehreren Längenskalen zusammenschreiben, liegen oberhalb 19 % (Nature Materials, 2022, DOI:10.1038/s41563-022-01244-y). Eine solche Wortbildungslehre, gegenwärtig aus reinen fibrillären Phasen und welcher Mischphase aus Donor- und Akzeptormolekülen, kombiniert die Vorteile einzelner Materialien, um eine ausgewogene Optimierung zu Händen Trägererzeugung und -transport zu gelingen.
Unlust des Erfolgs beim Gelingen hoher PCEs ist die genaue Prüfung oberhalb die gemischte Dünnfilmmorphologie immer noch eine schwierige Schwierigkeit. Unterdessen bleibt die Fibrillen-basierte Wortbildungslehre-Leistungs-Partnerschaft unklar. Um selbige Schwierigkeiten anzugehen, münden die Autoren ein verallgemeinertes Morphologiemodell mit mehreren Längenskalen ein und vergleichen es mit dem einheitlichen Mischungsmodell und dem binären Phasenmodell zur Untersuchung welcher Struktur-Eigenschafts-Partnerschaft von OSCs.
Erstens ändern die Autoren die Periodenbreite welcher binären Winkel und die Multi-Längenskalen-Wortbildungslehre. Zu Händen die binäre Wortbildungslehre führt dasjenige verringerte Exzitonen-Dissoziationsverhältnis (f ) mit zunehmender Periodenbreite zu einer Verringerung des Kurzschlussstroms (JSC); eine starke Exzitonenladungsvernichtung und eine Rekombination von Minoritätsträgern eingeschränkt den Trägertransport und senkt den Füllfaktor (FF); beiderlei Prozesse reduzieren taktgesteuert die Leerlaufspannung (VOC).
Unter welcher gleichen Periodenbreite hat dasjenige Multilängenskalen-Morphologiemodell ein höheres f verglichen mit welcher binären Phasenmorphologie. Die relativ schmale Dicke welcher reinen Winkel verringert die Exzitonenvernichtung während des Exzitonendiffusionsprozesses in welcher reinen Winkel. Die Mischphase mit relativ weniger Trägermobilität ist jedoch suboptimal zu Händen den Trägertransport.
Verringerter Exzitonenverlust und erhöhte Trägerrekombination wetteifern beim Einleiten welcher Mischphase. Von dort ist eine optimierte Wortbildungslehre, die dasjenige Verhältnis von Mischphase und reiner Winkel ausgleicht, um dasjenige Produkt aus Trägererzeugungs- und Transportprozessen zu maximieren, welcher Schlüssel zur Gunstbezeugung welcher Geräteleistung.
Die Autoren untersuchen dann die Morphologieoptimierung des Modells mit mehreren Längenskalen. Wenn die Dicke welcher reinen Winkel kurz ist, verringert eine große Mischphasengröße die effektive Dicke des Trägertransportkanals, welches zu ernsthaften Rekombinationsverlusten während des Trägertransports und -sammelns führt. Somit ist die Wirkmächtigkeit welcher Vorrichtung in einer solchen von welcher Mischphase dominierten Morphologiesituation schlecht. Mit welcher geeigneten Erhöhung welcher Dicke welcher reinen Winkel nimmt dasjenige Exzitonen-Dissoziationsverhältnis nicht wesentlich ab, wodurch eine effiziente Exzitonendiffusion aufrechterhalten wird.
Darüber hinaus wird die schwerwiegende Trägerrekombination in welcher Mischphase offensichtlich gemildert, welches zu einer verbesserten JSC und FF beiträgt. Die VOC wird ebenfalls erhoben, welches einer verbesserten Trägererzeugung und einer unterdrückten Trägerrekombination zugeschrieben wird. Wenn die Dicke welcher reinen Winkel weiter zunimmt, nimmt dasjenige Exzitonen-Dissoziationsverhältnis signifikant ab, um die Nützlichkeit welcher Ladungsträgererzeugung zu verringern. Darüber hinaus verschlimmert es die Exzitonen-Vernichtung und den Minoritätsträger-Rekombinationsprozess, welches zur Verschlechterung von JSC, FF, VOC und PCE führt.
Um die Simulationsergebnisse weiter zu gegenzeichnen, werden drei repräsentative OPV-Mischungen, PM6:Y6, PM6:IT4F und PCE10:PCBM, verwendet, um zwei Versuchsreihen zum Ändern welcher Periodenbreite bzw. welcher reinen Phasenbreite durchzuführen. Die detaillierten Strukturinformationen werden durch Weitwinkel-Röntgenstreuung unter streifendem Idee (GIWAXS) und resonante weiche Röntgenstreuung (RSoXS) extrahiert.
Es ist schwierig, Periode und Fibrillenbreite genau zu steuern, von dort wird die Periodenbreite ungefähr durch Ändern des D/A-Verhältnisses eingestellt, während dasjenige Verhältnis von Fibrillen und Mischphasenbreite durch Ändern welcher Lösungsmitteladditivmenge eingestellt wird. Jedweder Versuchsergebnisse stimmen mit den Simulationsergebnissen überein.
Zusammenfassend konstruiert selbige Arbeit drei Morphologiemodelle zur systematischen Untersuchung welcher Struktur-Leistungs-Korrelation, visualisiert offensichtlich den Stärke von Strukturdetails hinaus die Leistungsparameter von Geräten, verdeutlicht sowohl die Geltung welcher kristallinen Winkel wie selbst welcher Mischphase und zeigt die Optimierungsrichtung von Mehrlängen- Skalenmorphologie.
Forschungsbericht: Die Struktur-Leistungs-Korrelation von organischen Bulk-Heterojunction-Solarzellen mit Multi-Length-Scale-Wortbildungslehre
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