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    Efficienza superiore al 14% per cella solare organica ternaria con strato attivo spesso 300 nm

    Le caratteristiche J-V per OSC basate su PBDB-T-2Cl:BTP-4F, PBDB-T-2Cl:PC61BM e PBDB-T-2Cl:BTP-4F:PC61BM; le strutture chimiche dei componenti dello strato attivo. Credito:©Science China Press

    Un OSC ternario a film spesso (300 nm) viene fabbricato introducendo estere metilico dell'acido fenil-C61-butirrico (PC61BM) in una miscela ospite PBDB-T-2Cl:BTP-4F, poiché questi materiali presentano un assorbimento complementare e livelli di energia ben abbinati. Ottimizzando delicatamente la morfologia del film di miscela e migliorando la mobilità dei portatori di carica, oltre il 14,3% di efficienza è stata raggiunta per il dispositivo basato su PBDB-T-2Cl:BTP-4F:PC61BM.

    Le celle solari organiche (OSC) hanno attirato grande attenzione grazie ai loro vantaggi di realizzare pannelli solari flessibili e di grandi dimensioni attraverso metodi di rivestimento con soluzioni a basso costo. Recentemente, sono stati segnalati OSC a giunzione singola con oltre il 16% di efficienza di conversione di potenza (PCE). Però, le prestazioni fotovoltaiche di queste celle sono molto sensibili alla variazione dello spessore dello strato attivo, che è stata riconosciuta come una grande sfida per l'applicazione pratica degli OSC.

    Le prestazioni fotovoltaiche degli OSC sono determinate dalla tensione a circuito aperto (VOC), densità di corrente di cortocircuito (JSC) e fattore di riempimento (FF). Per l'attuale sistema non fullerenico ad alta efficienza, l'efficienza degli OSC di solito mostra un forte calo di FF all'aumentare dello spessore dello strato attivo. Tali cadute di FF sono generalmente causate da un trasporto di carica scadente e sbilanciato, che si traduce in una maggiore ricombinazione di carica bimolecolare e nella formazione di carica spaziale in film più spessi.

    Molto recentemente, Il gruppo del professor Jianhui Hou nell'Istituto di Chimica, L'Accademia cinese delle scienze ha dimostrato un OSC ternario a film spesso (300 nm) con un'efficienza di conversione di potenza del 14,3%. Questa eccellente prestazione fotovoltaica si ottiene introducendo l'estere metilico dell'acido fenil-C61-butirrico (PC61BM) in una miscela ospite PBDB-T-2Cl:BTP-4F. Hanno scoperto che l'aggiunta di PC61BM è utile per migliorare la mobilità della lacuna e degli elettroni, e quindi facilita il trasporto di carica negli strati attivi spessi, portando a una migliore efficienza degli OSC. I loro risultati illustrano che l'introduzione di un derivato del fullerene come terzo componente è una strategia facile ed efficace per realizzare OSC a film spesso efficienti.


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