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    全小分子太阳能电池实现15.3%的最高效率

    发布时间:2020-07-09 07:45编辑:来源:机械配件点击:1297

      有机光伏电池具有成本低、厚度薄、质量轻、制造工艺简单、可做成大面积柔性器件等优点,具有广阔的发展和应用前景。有机光伏(OPV)电池活性层由聚合物或小分子材料构成,同聚合物材料相比,小分子材料有纯度高、分子结构和分子量明确、迁移率高等优势,所以全小分子有机光伏电池有望获得更高的光伏效率。

      然而,在全小分子有机太阳能电池中相分离尺度难以控制,难以形成聚合物体系中典型的互穿网络纳米结构,制约了小分子体系中电荷分离和传输效率,限制了填充因子和能量转化效率的提升,使其明显低于聚合物太阳能电池。在克服这一难题上,最近中国科学院化学研究所侯剑辉课题组与国家纳米科学中心魏志祥课题组合作,围绕小分子OPV材料与器件的研究取得了重要进展。

      他们设计并合成了一种新的二维共轭给体B1,该给体由苯基取代的BDT中心单元组成,与相应的噻吩取代的BDT基化合物BTR相比,B1具有更高的旋转势垒,改善的晶体性能,增强了π-π堆积,并且显着增强的光伏性能。 另外,在基于B1的共混膜中观察到给体与受体之间的强相互作用,这表明可以通过调节给体材料的对称性来实现给体-受体共混物形态的协同优化。 通过将B1与NF受体(BO4Cl)配对获得的NFSM OSC实现了15.3%的高PCE(认证的PCE 15.1%),这是迄今为止已经报道的全小分子太阳能电池的最高效率,而基于BTR的器件效率只有10.4%。 结果表明,通过简单地调节共轭侧基的对称性来增加给体分子的晶体特性有助于优化给体-受体混合物的形态,因此可用于实现高性能NFSM-OSC。

      该研究通过给体分子结构设计,构筑了具有多层次相分离形貌的光伏活性层,增强了电荷分离和传输效率,取得了小分子OPV电池能量转换效率的突破。不仅加深了对全小分子体系的分子设计和形貌调控的认识,而且将有助于全小分子OPV电池性能的进一步提高。




      有机光伏电池