डिमेराइज्ड छोटे अणु ने टर्नरी ऑर्गेनिक सोलर सेल में 18.12% दक्षता हासिल की

उच्च प्रदर्शन वाले ऑर्गेनिक सोलर सेल (OSC) प्राप्त करने के लिए, टर्नरी OSC एक व्यवहार्य और कुशल विकल्प है। कुशल टर्नरी OSC के लिए बेहतर तीसरा घटक विकसित करना महत्वपूर्ण है। शोधकर्ताओं ने इस अध्ययन के लिए एक नया अणु विकसित किया और पाया कि डिमेराइज्ड छोटे अणु टर्नरी OSC की दक्षता बढ़ा सकते हैं

नया अणु पूरक अवशोषण के साथ-साथ ऊर्जा स्तर दिखाता है जो PM5 और BTP-eC9 से मेल खा सकता है। इसके अलावा, यह PM6:BTP-eC9 व्यवस्था को भी नियंत्रित कर सकता है। त्रिक उपकरण में PM6:DSMD-βV:BTP-eC9 का उपयोग करके बेहतर एक्साइटन पृथक्करण, कम पुनर्संयोजन और बेहतर चार्ज परिवहन होता है। इससे आगे चलकर उच्च शक्ति रूपांतरण दक्षता प्राप्त हुई, लगभग 18.26%। यह स्तर बाइनरी PM6:BTP-eC9 की पिछली दक्षता को पार कर गया जो 17.63% थी।

अध्ययन का उद्देश्यत्रिगुणात्मक कार्बनिक सौर कोशिकाओं (ओएससी) के लिए द्विगुणित लघु अणु दाताओं की क्षमता का प्रदर्शन करना।

डिमेराइज्ड लघु अणु टर्नरी ओएससी की दक्षता बढ़ा सकते हैं: कैसे?

शोधकर्ता जैविक सौर सेल को प्राथमिकता दे रहे हैं। आशाजनक नई प्रविष्टि पीवी प्रौद्योगिकी में। इसमें पारदर्शिता, लचीलापन और हल्के वजन के डिजाइन जैसे विशिष्ट लाभ हैं। हाल ही में हुई प्रगति के साथ गैर-फुलरीन स्वीकर्ता सामग्री और उपकरण तैयार करने की तकनीक के विकास के कारण, ओएससी के पी.वी. प्रदर्शन में आवश्यक सुधार हुए हैं।

इसके अलावा, त्रिक दृष्टिकोण में बहु-घटक रणनीति अपनाने से उपकरणों की शक्ति रूपांतरण दक्षता (OCE) में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है। यह स्पष्ट है कि त्रिक OSCs का निर्माण करते समय होस्ट बाइनरी सिस्टम में तीसरे अतिथि घटक को जोड़ने से कई लाभ होते हैं।

के अतिरिक्त उपयुक्त तीसरा घटक सिंगल-जंक्शन डिवाइस की सरल मशीनिंग को बनाए रख सकते हैं। यह बेहतर शॉर्ट सर्किट करंट डेंसिटी (Jsc) प्राप्त करने में मदद करता है। इसके बाद, सक्रिय परत की माइक्रोमॉर्फोलॉजी और क्रिस्टलीयता को नियंत्रित करना संभव है। यह एक्साइटन के पृथक्करण को और सुविधाजनक बनाता है। यह JSC, फिल फैक्टर (FF) और चार्ज ट्रांसपोर्ट के उत्कृष्ट मूल्यों को बढ़ाता है।

ऊर्जा स्तर व्यवस्था और गैर-विकिरण पुनर्संयोजन भी प्रभावित होते हैं और ओपन-सर्किट वोल्टेज (VOC) को अनुकूलित करते हैं। यह एक अतिरिक्त परिवहन चैनल बन जाता है जो चार्ज ट्रांसफर को बेहतर बना सकता है।

आदर्श तीसरे घटक के लिए विचार किये जाने वाले कारक.

• पूरक अवशोषण सीमा
• ऊर्जा स्तरों की उचित व्यवस्था
• सक्रिय परत आकृति विज्ञान अनुकूलन

उपर्युक्त कारकों को प्रभावी ढंग से साकार करने के लिए एक मेल खाते तीसरे घटक को डिजाइन और विकसित करना महत्वपूर्ण है। साथ ही, ओएससी के पीवी मापदंडों को अनुकूलित करना भी महत्वपूर्ण है।

पिछले अध्ययनों का अवलोकन तीसरे अणु के रूप में द्विगुणित लघु अणु के बारे में

टर्नरी नॉन-फुलरीन ओएससी में सक्रिय परत निर्माण में 2 अलग-अलग दाता सामग्रियों को शामिल करना शामिल है। दोनों में एक ही स्वीकर्ता और एक ही दाता होता है, तथा दोनों में 2 भिन्न स्वीकर्ता सामग्रियां होती हैं.

तीसरा घटक, जैसे कि ऑलिगोमेरिक सामग्री या पॉलिमर, एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं। तीसरे घटक के रूप में ऑलिगोमेरिक डोनर सामग्री के साथ शोध सीमित है, भले ही यह उपकरणों की दक्षता में प्रभावी रूप से सुधार कर सकता है। जैसा कि शोध किया गया है, ग्रीन सॉल्वेंट के साथ संसाधित ऑलिगोमेरिक डोनर सामग्री टर्नरी ओएससी में उच्च पीसीई प्राप्त करने में सक्षम हैं।

इस शोध में, 2 असममित छोटे अणु दाताओं को विनाइल समूह के साथ जोड़कर एक डिमराइज्ड छोटे अणु दाता को डिजाइन और संश्लेषित किया गया। डिमराइज्ड छोटे अणु दाता को DSMD-βV के रूप में संदर्भित किया जाता है और इसमें निम्नलिखित गुण होते हैं।

• इसकी अवशोषण क्षमता 300-900 एनएम तक विस्तृत है।
• इसका आण्विक कक्षक (HOMO) ऊर्जा स्तर सबसे अधिक है, -5.55 eV.
• विलयन से फिल्म अवस्था तक मजबूत एकत्रीकरण क्षमता

इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने बाइनरी मैट्रिक्स के रूप में PM6:BTP-eC9 प्रणाली को अपनाया। जो कि द्विगुणित अणुओं के पूरक अवशोषण के साथ कुशल त्रिगुणित कार्बनिक सौर कोशिकाओं के विकास के लिए तीसरे घटक के रूप में एक अनुकूल आधार स्थापित करता है।

सौर सेल बनाम सौर पैनल – मुख्य अंतर की खोज

डीएसएमडी-βV जोड़ने के बाद प्राप्त गुणवत्ता

• PM6:BTP-eC9-आधारित फिल्म माइक्रोमॉर्फोलॉजी के चरण पृथक्करण को बढ़ाता है
• चार्ज परिवहन और एक्साइटन पृथक्करण में सुधार
• प्रदर्शन बढ़कर 18.26% हो गया।

परिणाम और चर्चा: टर्नरी ओएससी की दक्षता बढ़ाने के लिए डिमेराइज्ड छोटे अणु का उपयोग करना

संश्लेषण और लक्षण वर्णन नए डिवाइस का

शोधकर्ताओं ने यौगिक बनाने के लिए ब्रोमीन-प्रतिस्थापित अंत समूह के साथ एक असममित छोटे दाता को संश्लेषित किया (9)। फिर उन्होंने इस यौगिक का उपयोग स्टिल-युग्मन प्रतिक्रिया का उपयोग करके विनाइल के साथ युग्मन करके लक्ष्य उत्पाद DSMD-βV को संश्लेषित करने के लिए किया।

शोधकर्ताओं ने उत्प्रेरक के रूप में Pd2 (dba) 3 और लिगैंड के रूप में P (o-tol) 3 का उपयोग किया। लक्ष्य उत्पाद DSMD-βV क्लोरोफॉर्म (CF) और क्लोरोबेंजीन (CB) सॉल्वैंट्स में घुलनशील है। साथ ही यह 374° C तक थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर है और लगभग 5% के बहुत कम वजन में कमी करता है। डिवाइस निर्माण के दौरान प्रसंस्करण आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए लक्ष्य सामग्री के ये गुण महत्वपूर्ण हैं। निम्न चित्र डिमराइज़्ड छोटे अणु दाता DSMD-βV के लिए विस्तृत सिंथेटिक प्रक्रिया को दर्शाता है।

FSMU-FSU शोधकर्ताओं ने पाया कि लिग्निन पॉलिमर CO2 के संग्रहण, उत्सर्जन और रूपांतरण को नियंत्रित कर सकते हैं

ऑप्टिकल और इलेक्ट्रोकेमिकल गुण

यूवी-विज़ अवशोषण स्पेक्ट्रा का उपयोग करके, डीएसएमडी-βV की ऑप्टिकल संपत्ति का पता लगाया गया, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। संबंधित डेटा नीचे दी गई तालिका में उल्लिखित है।

अणु	ε (M-1 cm-1)	λशिखर, सोल (एनएम)	λशिखर, फ़िल्म (एनएम)	λफ़िल्म, शुरुआत (एनएम)	Eजी, ऑप्ट (ईवी)	Eहोमोसेक्सुअल (ईवी)	Eलुमो (ईवी)
डीएसएमडी-βV	1.20 × 105	447, 659	536, 744	858	1.45	-5.55	-3.55

टिप्पणियों

• में समाधान अवस्था, DSMD-βV एक विस्तृत दिखाता है अवशोषण सीमा 350-800 एनएम 2 विशिष्ट अवशोषण बैंड के साथ.
• अवशोषण सीमा का दीर्घ-तरंगदैर्घ्य क्षेत्र अंतःआणविक आवेश स्थानांतरण प्रक्रियाओं को इंगित करता है।
• विशिष्ट अवशोषण बैंड को स्थानीयकृत π-π* इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।
• डीएसएमडी का अधिकतम मोलर अवशोषण गुणांक-βवी निर्धारित किया गया है 1.20×105 एम−1 सेमी−1 लेम्बर्गर के नियम द्वारा।
• में फिल्म राज्य, अवशोषण स्पेक्ट्रम DSMD-βV ने दिखाया 80 एनएम रेडशिफ्ट समाधान अवस्था की तुलना में.
• इसके अलावा, लंबी तरंगदैर्घ्य अवशोषण चोटियों की तीव्रता में भी वृद्धि हुई।
• डीएसएमडी-βV फिल्म अवशोषण किनारे के अनुसार, गणना की गई ऑप्टिकल गैप (उदाहरण, ऑप्ट) है 1.45 ईवी.
• डीएसएमडी-βवी में एक निश्चित एकत्रीकरण व्यवहार प्रदर्शित किया गया, और शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि यह सक्रिय परत आकृति विज्ञान को विनियमित कर सकता है।
• 350-570 एनएम और 640-780 एनएम तरंगदैर्घ्य के दौरान, पीएम6 और बीटीपी-ईसी9 के साथ उत्कृष्ट अवशोषण संपूरकता देखी गई।

त्वरित नोट - उत्कृष्ट अवशोषण संपूरकता त्रिगुणात्मक उपकरणों के लघु-परिपथ घनत्व में सुधार करने के लिए महत्वपूर्ण है।

लचीले उपकरणों के लिए ETL-आधारित द्विमुखीय पेरोवस्काइट सौर सेल: एक सिमुलेशन अध्ययन

प्रयोग में प्रयुक्त विभिन्न विधियाँ

• शोधकर्ताओं ने विलयन में DSMD-βV के एकत्रीकरण गुणों का मूल्यांकन करने के लिए तापमान पर निर्भर अवशोषण की भी विशेषता बताई।
• इसके अलावा, चक्रीय वोल्टामेट्री (सीवी) विधि से, डीएसएमडी-βV का ऊर्जा स्तर निर्धारित किया गया।
• HOMO स्तर लगभग -5.55 eV था और इसकी गणना प्रारंभिक ऑक्सीकरण प्रक्रिया की प्रारंभिक क्षमता के आधार पर CV वक्र द्वारा की गई थी।
• प्रारंभिक अपचयन क्षमता का उपयोग सबसे कम खाली आणविक कक्षीय (LUMO) स्तर प्राप्त करने के लिए किया गया था, जिसका अनुमान -3.55 eV था।
• इसके अलावा, HOMO और LUMO ऊर्जा स्तरों को PM6 और BTP-eC9 के बीच स्थित किया गया, जिससे त्रिगुण मिश्रण प्रणाली में कैस्केड ऊर्जा स्तर व्यवस्था संभव हुई।

आकृति विज्ञान विश्लेषण

प्रत्येक श्रेणी के लिए अलग सक्रिय परत की आकृति विज्ञान और डिवाइस के समग्र प्रदर्शन के बीच घनिष्ठ और सीधा संबंध. यह OSCs की दक्षता निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। रूपात्मक गुणों पर DSMD-βV को जोड़ने के प्रभाव को पूरी तरह से समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने फिल्मों के 3 अलग-अलग मिश्रणों की व्यापक जांच की। इसके पीछे मुख्य उद्देश्य DSMD-βV के जुड़ने के कारण होने वाले प्रभावों की गहन समझ हासिल करना था।

टिप्पणियों

• परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (एएफएम) द्वारा प्राप्त परिणामों के अनुसार, बाइनरी सिस्टम में डीएसएमडी-βV को शामिल करके सक्रिय परत के माइक्रोमॉर्फोलॉजी गुण को प्रभावी ढंग से विनियमित किया जा सकता है।
• RSI मूल-माध्य-वर्ग खुरदरापन तीन फिल्मों के आरएमएस (RMS) इस प्रकार थे: डीएसएमडी-βV:बीटीपी-ईसी9 (1.43), पीएमटी:बीटीपी-ईसी9 (1.48) और पीएम6:डीएसएमडी-βV:बीटीपी-ईसी9 (1.28)। त्वरित नोट: छोटे आरएमएस मान मेजबान सिस्टम के साथ डीएसएमडी-βV के संगत मिश्रण को इंगित करते हैं।
• A एकसमान सतह आकृति विज्ञान देखा गया PM6:DSMD-βV:BTP-eC9 आधारित त्रिक मिश्रण फिल्म, PM6:BTP-eC9 आधारित फिल्म की तुलना में अधिक तीव्र है।
• ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (TEM) के अनुसार, स्पष्ट चरण पृथक्करण आकृति विज्ञान डीएसएमडी-βवी: बीटीपी-ईसी9 आधारित फिल्म में देखा गया था।
• मेजबान PM6:BTP-eC9 प्रणाली में अतिथि अणु DSMD-βV को पेश करने के बाद, चरण पृथक्करण में वृद्धि PM6:DSMD-βV:BTP-eC9 आधारित फिल्म।
• की संभावना है बेहतर एक्साइटन पृथक्करण और चार्ज परिवहन बेहतर जेएससी और एफएफ के लिए उन्नत स्टैकिंग और चरण पृथक्करण के साथ।

इस प्रकार, इस जानकारी के आधार पर, शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि अतिथि अणु में तीसरे घटक के रूप में काम करने की क्षमता है। वह भी, विशेष रूप से सक्रिय परत के माइक्रोमॉर्फोलॉजिकल गुणों को विनियमित करने में।

एनआरईएल ने पुनर्चक्रणीय रेजिन से पवन टरबाइन ब्लेड विकसित किए

3 जोड़ने के बाद फोटोवोल्टिक का प्रदर्शन^rd अणु

शोधकर्ताओं ने ऑर्गेनिक सोलर सेल डिवाइस बनाने और उनका अध्ययन करने के लिए अलग-अलग सक्रिय परतों का इस्तेमाल किया, जैसे कि PM6:DSMD-βV:BTP-eC9, PM6:BTP-eC9, और DSMD-βV:BTP-eC9। डिवाइस की संरचना में ITO/PEDOT:PSS/सक्रिय परत/PDINN/Ag शामिल थे। निम्नलिखित आंकड़ा विशेषता वाले PV प्रदर्शन और JV वक्र डेटा को दर्शाता है।

डिवाइस	VOC (वी)	JSC (एमए सेमी-2)	एफएफएसएसएस (%)	PCEa (%)	Jघोड़ा (एमए सेमी-2)
डीएसएमडी-βवी:बीटीपी-ईसी9	0.817	5.22	33.36	1.42 (1.31±0.11)	5.51
पीएम6:बीटीपी-ईसी9	0.838	27.02	77.82	17.63 (17.53±0.09)	26.33
पीएम6:डीएसएमडी-βवी:बीटीपी-ईसी9	0.846	27.46	78.59	18.26 (18.15±0.06)	26.54

टिप्पणियों

• PM6:BTP-eC9 प्रणाली में अतिथि अणु को शामिल करने से FF, VOC और JSC में सुधार हुआ।
• HOMO ऊर्जा स्तर कम होने के कारण VOC में सुधार दिखता है।
• इसके अतिरिक्त, सक्रिय परत और ऊर्जा स्तरों की संरचना के अनुकूलन के कारण जेएससी और एफएफ में सुधार हुआ।
• PM6:DSMD-βV:BTP-eC9 डिवाइस की ऊर्जा रूपांतरण दक्षता (PCE) 18.26% तक पहुंच गई।
• डीएसएमडी-βV:बीटीपी-ईसी9 और पीएम6:डीएसएमडी-βV:बीटीपी-ईसी9 आधारित उपकरणों ने 300-1000 एनएम की तरंग दैर्ध्य में बाह्य क्वांटम दक्षता (ईक्यूई) वक्र प्राप्त किया, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।
• PM6:DSMD-βV:BTP-eC9 त्रिक डिवाइस EQE वक्रों ने PM6:BTP-eC9 आधारित डिवाइसों की तुलना में उच्च वक्र आकृतियाँ दिखाईं। यह डिवाइस की बेहतर फोटॉन कैप्चर क्षमता को इंगित करता है जो JSC को बढ़ाता है।

इसके अलावा, त्रिगुण OSC में FF और JSC वृद्धि को समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने डिवाइस के भौतिकी का विश्लेषण किया। फिर VOC और बदलती हुई Plight को सहसंबंधित करके, शोधकर्ताओं ने ट्रैप-सहायता प्राप्त पुनर्संयोजन की जांच की।

• कुल मिलाकर, डीएसएमडी-βवी के प्रयोग से ट्रैप-सहायता प्राप्त पुनर्संयोजन में प्रभावी कमी आई, जिससे बेहतर जेएससी प्राप्त हुआ।
• फिर चार्ज परिवहन क्षमताओं ने डिवाइस के प्रदर्शन को प्रभावित किया।
• त्रिगुणात्मक उपकरणों की संतुलित और संतोषजनक गतिशीलता के कारण उच्च FF, PCE और JSC प्राप्त किए गए।
• DSMD-βV की शुरूआत से चार्ज ट्रांसपोर्ट के दौरान चार्ज पुनर्संयोजन का अधिक दमन हो सकता है। इससे JSC को और बढ़ाया जा सकता है।
• DSMD-βV:BTP-eC9 डिवाइस में लंबा वाहक जीवनकाल देखा गया है, लेकिन धीमी वाहक निष्कर्षण क्षमता है। इससे पुनर्संयोजन होता है और परिणामस्वरूप खराब पीवी प्रदर्शन होता है।

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शोधकर्ताओं ने टीपीसी और टीपीवी परीक्षणों के माध्यम से वाहक निष्कर्षण समय और वाहक जीवनकाल का अध्ययन किया।

टिप्पणियों

फिल्मों के प्रकार	डीएसएमडी-βV:बीटीपी-ईसी9	पीएम6:बीटीपी-ईसी9	पीएम6:डीएसएमडी-βV:बीटीपी-ईसी9
टीपीसी वक्र - निष्कर्षण समय (टीएस)	0.77 μs	0.62 μs	0.66 μs
टीपीवी वक्र - निष्कर्षण समय (टीएस)	0.50 μs	0.24 μs	0.23 μs

निष्कर्ष

इसलिए, शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि 2 छोटे अणु दाताओं के संयोजन से विकसित नव विकसित दाता सामग्री DSMD-βV में विभिन्न विशेषताएं हैं। इसमें एक विस्तृत अवशोषण सीमा, मजबूत एकत्रीकरण क्षमता और कम HOMO ऊर्जा स्तर है। BTP-eC9 और PM6, उपकरणों की तुलना में, नव विकसित एक में पूरक अवशोषण और ऊर्जा स्तर व्यवस्था है। इसके अलावा, यह 18.26% तक के प्रदर्शन में सुधार करता है जो बाइनरी उपकरणों की तुलना में अधिक है। इस प्रकार, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि द्विगुणित छोटे अणु दाता में त्रिगुण OSC को कुशल बनाने की क्षमता है।

स्रोत: द्विगुणित लघु अणु दाता कुशल त्रिगुण कार्बनिक सौर सेल को सक्षम बनाता है