分析测量可以预测有机太阳能电池的稳定性
立即发布
北卡罗莱纳州立大学领导的研究人员开发了一种分析测量“框架”，可以让有机太阳能电池研究人员和制造商在生产前确定哪种材料可以生产出最稳定的太阳能电池。
在过去的几十年里，有机太阳能电池的效率提高了效率，但研究人员和制造商仍然努力决定哪种材料组合最佳，为什么，为什么实现稳定的形态和操作。
北卡罗来纳州晚安创新杰出物理学教授、该研究的共同通讯作者哈拉尔德·艾德说:“在确定这些太阳能电池的有前途的材料方面，仍有很多‘反复试验’的猜测工作。”“然而，我们发现，如果你了解使用材料的两个重要参数，你就可以预测活性层形态的稳定性，这反过来会随着时间的推移影响效率。”
所讨论的参数是弹性模量和玻璃化转变——本质上是材料有多硬，以及在什么温度下材料从刚性状态转变为橡胶或粘性流体状态。
北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授、该研究的共同通讯作者Brendan O 'Connor说:“最有效的太阳能电池是由通常具有较差混相性的材料混合而成。”“理想情况下，这些混合物需要在制造过程中混合成优化的成分，但随着时间的推移，它们可能会分离或扩散到过于纯的区域，导致设备退化。
“我们想知道是什么导致了这种成分的不稳定性。我们发现，从根本上驱动扩散行为的分子相互作用可以用弹性模量和玻璃化转变温度的‘代理参数’来捕捉。”
该团队由北卡罗来纳州博士后研究员Masoud Ghasemi领导，使用二次离子质谱(SIMS)，测量小分子在纯聚合物层中的扩散行为。他们还使用了差示扫描量热法(DSC)和一种起皱计量方法来测量有机太阳能电池中常用的一些材料的玻璃化转变和弹性模量。
总的来说，研究小组发现，最稳定的有机太阳能电池包含一个玻璃化转变温度高的小分子和一个弹性模量大的聚合物;换句话说，一种高度刚性的材料。
“更坚硬的材料也具有最低的固有混溶性，”Ghasemi说。“有趣的是，这意味着不喜欢混合的材料在被迫混合时扩散最低，从而产生最稳定的太阳能电池。”
“我们的发现相当直观，”Ade说，“但是发现弹性模量、玻璃化转变和这些材料内部的分子相互作用之间存在定量关系，让我们能够在局部水平上捕捉相互作用力，无需反复试验就能预测这些系统的稳定性。”
这项研究发表在自然材料部分由海军研究办公室和国家科学基金会支持。来自北卡罗莱纳大学教堂山分校、肯塔基大学、伦敦帝国理工学院和英国牛津大学的研究人员也参与了这项工作。
皮克-
编辑注：一个抽象的。
预测有机太阳能电池稳定性的分子相互作用-扩散框架
DOI：10.1038 / s41563 - 020 - 00872 - 6
作者：Masoud Ghasemi，Nrup Balar，郑兴彭，华为胡，云鹏秦，Taesoo Kim，Aram Amassian，Brendan T. O'Connor和Harald Ade，北卡罗来纳州立大学;Jeromy James Rech，Wei You，北卡罗来纳大学在教堂山;伦敦帝国学院马修贝德韦尔;沃尔特面具，肯塔基州大学乍得风险组织;牛津大学，U.K.的Iain McCulloch。
发表：在线自然材料
文摘:
通过开发非富烯 - 小分子受体（NF-SMA），已经实现了有机太阳能电池（OSC）的功率转换效率的快速增加。尽管这些NF-SMA器件的形态稳定性尺寸均致力于其内在寿命，但它们的基本分子间相互作用以及如何管理奥斯普的财产关系和形态稳定性仍然难以捉摸。这里，我们发现NF-SMA进入供体聚合物的扩散表现出Arhenius行为，并且激活能量EA与聚合物和NF-SMA之间的焓相互作用参数线性缩放。因此，热力学上最不稳定的，过稳定的系统（高χ）是最动力的。我们涉及EA差异以测量和选择性地模拟组成材料的分子自相互作用性能，并产生定量性能 - 函数关系，该定量性能关系与NF-SMA和聚合物的链接热和机械特性以预测相对扩散性能，从而进行形态稳定性。
- 类别:
