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将量子点太阳能电池效率提高到11.53%

2021-03-04 20:07:08

已经公开了可以将量子点太阳能电池的效率提高到11.53%的新技术。该研究发表在2020年2月的《高级能源材料》上,已被评估为通过增强空穴提取解决了太阳能电池通过太阳光产生电流所带来的挑战的研究。

由UNIST能源与化学工程学院的Sung-Yeon Jang教授领导的研究小组开发了一种光伏器件,该器件通过使用有机聚合物来最大化量子点太阳能电池的性能。

太阳能电池具有在吸收体层中产生电子和空穴的特性。自由的自由电子和空穴然后移动通过电池,产生并填充空穴。电子和空穴的这种运动产生了电能。因此,在高效太阳能电池的设计中,创建并传输多个电子-空穴对是重要的考虑因素。

研究团队将量子点太阳能电池的一侧切换为有机空穴传输材料(HTM),以更好地提取和传输空穴。这是因为新开发的有机聚合物不仅具有优异的空穴提取能力,而且还防止电子和空穴重新结合,从而允许空穴有效地传输到阳极。

通常,量子点太阳能电池结合了富电子量子点(n型CQD)和富空穴量子点(p型QD)。在这项工作中,研究团队开发了基于有机π-共轭聚合物(π-CP)的HTM,其性能要优于最新的HTM,p型CQD。π-CP的分子工程改变了它们的光电特性,并大大改善了使用它们的胶体量子点太阳能电池(CQDSC)中的电荷产生和收集。

结果,研究团队成功实现了11.53%的功率转换效率(PCE),并具有良好的储气稳定性。这是使用有机HTM的CQDSC中报告的最高PCE,甚至高于使用pCQD-HTM所报告的最佳固态无配体交换的CQDSC。研究小组指出:“从器件加工的角度来看,器件制造不需要任何固态配体交换步骤或逐层沉积工艺,这对于利用商业加工技术是有利的。”

Jang教授说:“这项研究解决了空穴传输问题,该问题一直是量子点太阳能电池中电流产生的主要障碍。” “这项工作表明,有机π-CP的分子工程设计是同时改善PCE和CQDSC的可加工性的有效策略,而其他优化可能会进一步改善其性能。”

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