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Phase Separation Structures and Bimolecular Recombination in All Polymer Solar Cells

全聚合物太阳能电池中的相分离结构和双分子复合

基本信息

批准号：
22K14726
负责人：
KIM HYUNGDO
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

電子ドナー性ポリマーと電子アクセプター性性ポリマーからなる全高分子ブレンド太陽電池は、実用化のために、さらなるエネルギー変換効率の向上が求められる。そのために、光活性層を厚膜することで光捕集効率を増加させ、短絡電流密度(JSC)を向上させる必要がある。しかし、全高分子ブレンド太陽電池ではJSCとFFの間にトレードオフ関係が存在することが知られており、厚膜状態でも高いFFを維持することが、高効率な素子の実現にあたって最も重要である。そこで本研究では、電子ドナー材料として側鎖の異なる結晶性共役高分子を用いた全高分子ブレンド太陽電池について曲線因子の膜厚依存性が異なる原因を電荷回収ならびに電荷再結合ダイナミクスの観点から包括的に検討を行った。まず、過度光起電力/光電流測定を行い、二分子再結合の抑制因子（ζ）を評価したところ、本研究で使用されたブレンド膜はいずれも二分子再結合が抑えられていることが分かった。さらに、二分子再結合がFFへ及ぼす影響を検討するため、電荷回収（CE）測定の結果を用いた解析によりJ-V曲線を再現を行った。その結果、厚膜化によるFFの低下がわずかで素子では、実測曲線と解析曲線の間には良好な一致が見られ、二分子再結合がFF低下の主な要因となることが分かった。これに対して、厚膜化に伴い顕著なFFの低下が見られる素子では解析曲線が実測曲線よりずれており、CE測定から得た電荷密度に一定値の電荷密度を加えることで再現することができた。つまり、これらの素子においてはCE測定では観測できない孤立電荷との再結合によりFFが低下していると考えられる。最後に、高いFFの実現の鍵となる要因を検討するために電荷寿命と電荷回収の定量議論を行った結果、厚膜でも高いFFを維持する素子では輸送過程での損失が無視できることが分かった。これは二分子再結合の抑制とともに高い電荷移動度に起因していると考えられる。

The electronic properties of solar cells are different from those of solar cells. The electronic properties of solar cells are different from those of solar cells. The photoactive layer is thick, the phototrapping efficiency is increased, and the short current density (JSC) is increased. The relationship between JSC and FF exists in all polymer solar cells. It is most important to know that the thick film state is maintained at high FF. In this study, we investigate the reasons for the differences in the film thickness dependence of the curve factors in solar cells, charge recovery, charge recombination, and the inclusion of crystalline co-active polymers in solar cells. In this study, the inhibition factor of two-molecule recombination was evaluated. The results of the charge recovery (CE) measurements were analyzed and the J-V curve was reproduced. The result is that the film thickness is high, the FF is low, the measurement curve is good, the analytical curve is good, and the two molecules are recombined. The main cause of FF low is high. For example, if the voltage is low, the voltage is high. The charge is isolated and recombined. The FF is low. Finally, the key factors for the realization of high FF are discussed. The charge life and charge recovery are quantitatively discussed. The results of thick film high FF maintenance are ignored. The reason for the high charge mobility is that the two molecules recombine.