室內(nèi)光伏（IPVs）技術(shù)近年來備受關(guān)注,，它能夠利用室內(nèi)光源，為各種電子設(shè)備提供持續(xù)的電力供應(yīng),，例如智能手機(jī),、傳感器、可穿戴設(shè)備等,。全聚合物太陽(yáng)能電池（all-PSCs）作為有機(jī)光伏電池的一種分支,，以其優(yōu)異的成膜性能、形貌穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),，成為室內(nèi)光伏領(lǐng)域的重要研究方向,。
全聚合物太陽(yáng)能電池 (all-PSCs) 的特性和應(yīng)用
全聚合物太陽(yáng)能電池采用全聚合物活性層，即由兩種聚合物（給體和受體）組成,，與傳統(tǒng)的有機(jī)太陽(yáng)能電池相比,，它具有以下優(yōu)勢(shì)：
l優(yōu)異的成膜性能： 全聚合物活性層能夠形成均勻致密的薄膜，有利于光吸收和電荷傳輸,。
l形貌穩(wěn)定性： 全聚合物活性層中,，兩種聚合物的相容性更好，更容易形成穩(wěn)定,、均勻的相分離結(jié)構(gòu),，有利于激子解離和電荷傳輸。
l光穩(wěn)定性： 與傳統(tǒng)的小分子受體相比,，全聚合物受體材料的光穩(wěn)定性更好，不易發(fā)生光降解，有利于提高器件的壽命,。
全聚合物太陽(yáng)能電池具有廣闊的應(yīng)用前景如下:
l室內(nèi)光伏： 適用于各種室內(nèi)環(huán)境,，為智能家居、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等提供清潔能源,。
l柔性電子： 可以制成柔性太陽(yáng)能電池,，用于可穿戴設(shè)備、移動(dòng)電源等,。
l透明太陽(yáng)能電池： 可以制成透明太陽(yáng)能電池,，用于建筑物窗戶、汽車天窗等,。
然而,，受限于缺乏高性能寬帶隙聚合物受體材料，全聚合物室內(nèi)光伏電池的效率一直難以突破,。香港科技大學(xué)顏河教授團(tuán)隊(duì)近期取得重大突破,，成功研制出一種新型寬帶隙聚合物受體材料，并將其應(yīng)用于全聚合物室內(nèi)光伏電池,，實(shí)現(xiàn)了驚人的 27% 的能量轉(zhuǎn)換效率 (PCE),，刷新了全聚合物室內(nèi)光伏領(lǐng)域的記錄。該研究成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Materials》上,。
這項(xiàng)研究的關(guān)鍵在于精確調(diào)控聚合物受體的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)和鏈內(nèi)共平面度,。顏河團(tuán)隊(duì)巧妙地設(shè)計(jì)合成了兩種新型聚合物受體材料：PYFO-T 和 PYFO-V。與傳統(tǒng)的 PYF-T-o 相比,，兩種新型材料均表現(xiàn)出明顯的藍(lán)移吸收,，更符合室內(nèi)光伏的需求。其中,，PYFO-V 具有更*的鏈內(nèi)共平面性和更緊密的鏈間堆疊,，使其能夠更有效地傳輸電荷，并具有更長(zhǎng)的激子壽命,，從而實(shí)現(xiàn)更高的外部量子效率 (EQE),。
本研究使用設(shè)備
QE-R 光伏 / 太陽(yáng)能電池量子效率測(cè)量解決方案
量子效率測(cè)量在研究中的重要作用
量子效率測(cè)量是評(píng)估材料性能和器件效率的關(guān)鍵手段。通過量子效率測(cè)量,，研究人員能夠獲取關(guān)于激子解離效率,、電荷收集效率、能量損失等關(guān)鍵信息,，這些信息對(duì)于理解和優(yōu)化器件性能至關(guān)重要,。
在顏河團(tuán)隊(duì)的研究中，量子效率測(cè)量扮演著至關(guān)重要的角色,。研究人員通過測(cè)量 PM6:PYFO-V 和 PM6:PYFO-T 兩種體系的外部量子效率,，發(fā)現(xiàn) PYFO-V 的外部量子效率顯著提高。這表明 PYFO-V 在電荷分離和傳輸方面的優(yōu)勢(shì)，從而解釋了 PM6:PYFO-V 體系獲得更高效率的原因,。
突破性的效率源于多方面的優(yōu)化及其他表征手段補(bǔ)充完善研究結(jié)果
除了量子效率測(cè)量,，顏河團(tuán)隊(duì)還采用了一系列先進(jìn)的表征手段，例如掠入射廣角 X 射線散射 (GIWAXS),、軟 X 射線共振散射 (RSoXS),、時(shí)間解析熒光光譜 (TRPL)、瞬態(tài)光電流 (TPC) 等,，對(duì)材料和器件進(jìn)行深入研究,。通過綜合分析這些數(shù)據(jù)，他們揭示了 PM6:PYFO-V 體系能夠獲得更高效率的原因,，包括更快的電荷傳輸,、更低的電荷復(fù)合率、更平衡的電子和空穴遷移率等,。
Time-Resolved Photoluminescence (TRPL) 揭示材料內(nèi)部的奧秘
Time-Resolved Photoluminescence (TRPL),，即時(shí)間解析熒光光譜，是一種研究材料在光激發(fā)后發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律的技術(shù),。通過測(cè)量材料在受到光激發(fā)后發(fā)光強(qiáng)度的衰減曲線,，可以獲取材料內(nèi)部激子壽命、能量轉(zhuǎn)移過程,、電荷復(fù)合等信息,。
TRPL 技術(shù)可以幫助研究人員了解材料內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)移和電荷傳輸過程，例如激子在材料中的擴(kuò)散距離,、激子在給體和受體之間的轉(zhuǎn)移速率,、激子在材料中的壽命等。
在顏河團(tuán)隊(duì)的研究中,，TRPL 技術(shù)被用來研究 PM6:PYFO-V 和 PM6:PYFO-T 兩種體系的激子壽命,。結(jié)果顯示，PYFO-V 的激子壽命更短,，這表明 PYFO-V 中的激子更容易發(fā)生解離,，并更快地轉(zhuǎn)化為自由電荷。
雖然 TRPL 不能直接測(cè)量激子解離效率,，但更短的激子壽命表明 PYFO-V 中激子轉(zhuǎn)化為自由電荷的效率更高,。這與量子效率測(cè)量結(jié)果相吻合，進(jìn)一步證明了 PYFO-V 在電荷分離和傳輸方面的優(yōu)勢(shì),。
其他表征手段補(bǔ)充完善研究結(jié)果:
除了量子效率測(cè)量和 TR-PL 技術(shù),，顏河團(tuán)隊(duì)還運(yùn)用了其他的表征手段來補(bǔ)充完善研究結(jié)果。例如：
掠入射廣角 X 射線散射 (GIWAXS) 可以用來研究材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和分子堆積方式,，幫助理解材料的形貌和光電特性,。
軟 X 射線共振散射 (RSoXS)可以用來研究材料中的相分離結(jié)構(gòu),，幫助理解電荷分離和傳輸?shù)臋C(jī)制。
瞬態(tài)光電流 (TPC) 可以用來研究器件中的電荷傳輸和復(fù)合過程,，幫助優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)和材料選擇,。
通過綜合分析這些表征手段獲得的數(shù)據(jù),，顏河團(tuán)隊(duì)成功地揭示了 PM6:PYFO-V 體系的高效率背后的原因,，并為全聚合物室內(nèi)光伏技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。
全聚合物室內(nèi)光伏技術(shù)的光明前景
這項(xiàng)研究不僅為全聚合物室內(nèi)光伏電池的效率帶來了突破,，也為該領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路,。顏河團(tuán)隊(duì)的研究成果表明，通過精確調(diào)控聚合物受體的分子結(jié)構(gòu)和鏈間堆積,，可以實(shí)現(xiàn)更高效的電荷傳輸和更低的能量損失,，從而獲得更高的效率。
未來,，全聚合物室內(nèi)光伏技術(shù)將向著更高的效率,、更低的成本、更強(qiáng)的穩(wěn)定性方向發(fā)展,。量子效率測(cè)量技術(shù)也將不斷發(fā)展,，為研究人員提供更準(zhǔn)確、更全面,、更有效的工具,，推動(dòng)該領(lǐng)域不斷取得突破。
本文參數(shù)圖:
Fig. 22_ PYF-T-o 基于全聚合物太陽(yáng)能電池在單太陽(yáng)光照條件下的 J-V 特性曲線及其相應(yīng)的 EQE 光譜,。研究了基于 PYF-T-o 的全聚合物太陽(yáng)能電池的性能,，分析其光電轉(zhuǎn)換效率和外部量子效率。
Fig. S23_ (a) PM6:PYFO-V 和 PM6:PYFO-T 的歸一化電致發(fā)光 (EL) 和外部量子效率 (EQE) 光譜,，用于準(zhǔn)確計(jì)算帶隙,；(b) EL 量子效率隨電流密度的變化；(c) PM6:PYFO-V 和 PM6:PYFO-T 的總 Eloss 以及其對(duì) ΔE1,、ΔE2 和 ΔE3 值的詳細(xì)分析,。分析了器件的能量損失機(jī)制，研究了不同聚合物受體對(duì)能量損失的影響,。
Fig. S26_ (a) JSC 作為光強(qiáng)度的函數(shù)以及 PYFO-T 和 PYFO-V 基全聚合物太陽(yáng)能電池的功率律擬合 (JSC∝強(qiáng)度α),；(b) VOC 作為光強(qiáng)度的函數(shù)以及用于確定理想因子的對(duì)數(shù)擬合。研究了器件的光強(qiáng)依賴性,，分析其光電轉(zhuǎn)換特性和電荷復(fù)合機(jī)制,。
Fig.S24_在 785 nm 激發(fā)下 PYFO-V 基薄膜的光致發(fā)光光譜，研究了 PYFO-V 薄膜的光致發(fā)光特性,，分析其熒光強(qiáng)度和壽命,。
Fig.S25_ 在 785 nm 激發(fā)下 PYFO-T 基薄膜的光致發(fā)光光譜,，研究了 PYFO-T 薄膜的光致發(fā)光特性，分析其熒光強(qiáng)度和壽命,。
原文出處: Advanced Energy Materials
推薦設(shè)備_
1. QE-R_流行和值得信賴的 QE / IPCE 系統(tǒng)
具有以下特色優(yōu)勢(shì)：
l高精度: QE-R 系統(tǒng)采用高精度光譜儀和校準(zhǔn)光源,，確保 EQE 測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。
l寬光譜范圍: QE-R 系統(tǒng)的光譜范圍覆蓋紫外到近紅外區(qū)域,，適用于各種光伏材料和器件的 EQE 測(cè)量,。
l快速測(cè)量: QE-R 系統(tǒng)具有快速掃描和數(shù)據(jù)采集功能，能夠高效地進(jìn)行 EQE 光譜測(cè)量,。
l易于操作: QE-R 系統(tǒng)軟件界面友好,，操作簡(jiǎn)單方便，即使是初學(xué)者也能輕松上手,。
l多功能: QE-R 系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行 EQE 測(cè)量,，還可以進(jìn)行反射率、透射率等光學(xué)特性的測(cè)量,，具有多功能性,。
2. LQ-100X-PL 光致發(fā)光與發(fā)光量子產(chǎn)率測(cè)試系統(tǒng)
具有以下特色優(yōu)勢(shì)：
l以緊湊的設(shè)計(jì)，尺寸大小 502.4mm(L) x 322.5mm(W) x 352mm(H),，搭配 4 吋外徑 PTFE 材質(zhì)的積分球,，并且整合 NIST 追溯的校準(zhǔn)，讓手套箱整合 PL 與 PLQY 成為可能,。
l利用先進(jìn)的儀表控制程序,，可以進(jìn)行原位時(shí)間 PL 光譜解析，并且可產(chǎn)生 2D 與 3D 圖表,，說明用戶可以更快地表征材料在原位時(shí)間的變化,。
系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)可容易的做紅外擴(kuò)展，波長(zhǎng)由1000 nm 至 1700 nm,。粉末,、溶液、薄膜樣品都可兼容測(cè)試,。
(空格分隔,最多3個(gè),單個(gè)標(biāo)簽最多10個(gè)字符)
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