亚博游戏

亚博游戏
>北京市自然科學基金委員會辦公室>基金動態
我國學者在有機光伏研究領域取得進展

發布日期: 2021-09-23 信息來源:亚博游戏-亚博游戏网站-亚博电子竞技(天津)有限公司 字體: [ ]

在國家(jia)自然(ran)科學基金項目(mu)(批準號: 51825301、21734001、21734009)等(deng)的資助下,北京航空航天大學孫(sun)艷明教(jiao)授(shou)(shou)團(tuan)隊與上海交通大學劉烽教(jiao)授(shou)(shou)團(tuan)隊合作, 在有機光伏領域(yu)取(qu)得進展。研(yan)究成(cheng)果(guo)以“支化(hua)側鏈取(qu)代(dai)策略提高(gao)了非富勒烯受體分子堆(dui)積,助力有機太(tai)陽能(neng)電池效率超(chao)過18%(Non-fullerene acceptors with branched side chains and improved molecular packing to exceed 18% efficiency in organic solar cells)”為題(ti)在《自然(ran)·能(neng)源(yuan)》(Nature Energy)發表。論文(wen)鏈接(jie): http://www.nature.com/articles/s41560-021-00820-x。

近(jin)年來,隨著(zhu)非富勒烯(xi)受體(ti)分子(zi)(zi)的快速發(fa)展,有(you)(you)機太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池的光(guang)電(dian)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率不斷(duan)取得突(tu)破(po)。然而,相(xiang)較于(yu)傳統(tong)硅(gui)基和(he)鈣鈦礦太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池,有(you)(you)機太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池較大的電(dian)壓(ya)(ya)損(sun)失(shi)和(he)較低(di)的填充(chong)因(yin)子(zi)(zi)極大地(di)限制了其效(xiao)(xiao)率的進(jin)一步提升。因(yin)此,深(shen)入理(li)解材(cai)料(liao)的化學結(jie)構、聚集態結(jie)構、形貌和(he)器件(jian)性能(neng)之間的關(guan)(guan)系(xi),發(fa)展新型有(you)(you)機光(guang)伏材(cai)料(liao),進(jin)而制備(bei)出(chu)兼具高(gao)效(xiao)(xiao)率、低(di)電(dian)壓(ya)(ya)損(sun)失(shi)和(he)高(gao)填充(chong)因(yin)子(zi)(zi)的有(you)(you)機太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池,是(shi)目前科(ke)研人(ren)員一直(zhi)關(guan)(guan)注和(he)致(zhi)力于(yu)解決的關(guan)(guan)鍵科(ke)學問題。

該研究(jiu)團隊從聚集態調控角度對非富(fu)勒烯(xi)受(shou)體分(fen)子(zi)(zi)(zi)Y6進行優化(hua)設計,將噻吩β位進行支(zhi)化(hua)烷基鏈(lian)(lian)(lian)(lian)取代,設計合成了一系列L8-R受(shou)體分(fen)子(zi)(zi)(zi)。通(tong)常(chang)情況(kuang)下,支(zhi)化(hua)側(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)修(xiu)飾會(hui)減弱分(fen)子(zi)(zi)(zi)堆(dui)(dui)積(ji)(ji)(ji),但由(you)于Y6分(fen)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)香蕉型(xing)構型(xing),支(zhi)化(hua)側(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)修(xiu)飾可以(yi)平衡(heng)主鏈(lian)(lian)(lian)(lian)堆(dui)(dui)積(ji)(ji)(ji)與側(ce)鏈(lian)(lian)(lian)(lian)作用(yong),獲得新型(xing)優化(hua)的(de)(de)分(fen)子(zi)(zi)(zi)堆(dui)(dui)積(ji)(ji)(ji)模式(圖1)。L8-R系列分(fen)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)堆(dui)(dui)積(ji)(ji)(ji)系數與π–π堆(dui)(dui)積(ji)(ji)(ji)距(ju)離(li)均(jun)獲得提升(sheng)。此(ci)外,L8-R分(fen)子(zi)(zi)(zi)呈現(xian)出三種π–π堆(dui)(dui)積(ji)(ji)(ji)模式,而(er)Y6分(fen)子(zi)(zi)(zi)為兩種。晶(jing)(jing)體堆(dui)(dui)積(ji)(ji)(ji)方式越多越有利于電(dian)(dian)荷(he)的(de)(de)躍遷,形成更多的(de)(de)電(dian)(dian)荷(he)傳輸通(tong)道(dao)。相(xiang)關結果在單晶(jing)(jing)結構和器件(jian)性能上均(jun)得到充(chong)分(fen)論證。

L8-BO薄膜的(de)(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)遷(qian)移(yi)率為(wei)(wei)(wei)6.79×10–4 cm2 V-1 s-1,高(gao)于(yu)(yu)Y6的(de)(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)遷(qian)移(yi)率值4.49×10–4 cm2 V-1 s-1。L8-BO較好的(de)(de)(de)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)有(you)(you)(you)序性(xing)有(you)(you)(you)助構建多尺度(du)共混(hun)薄膜形(xing)貌,同時實(shi)現(xian)高(gao)載流(liu)子(zi)(zi)(zi)生成、低電荷(he)復合(he)和更(geng)為(wei)(wei)(wei)平衡(heng)的(de)(de)(de)電荷(he)傳(chuan)輸。這些特性(xing)有(you)(you)(you)助于(yu)(yu)制備出同時兼具(ju)低電壓損失、高(gao)開路(lu)電壓和高(gao)填(tian)充因(yin)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)有(you)(you)(you)機太陽能電池。基(ji)(ji)于(yu)(yu)PM6:L8-BO的(de)(de)(de)單結光(guang)伏器(qi)(qi)件效率高(gao)達18.32%,填(tian)充因(yin)為(wei)(wei)(wei)為(wei)(wei)(wei)81.5%。而基(ji)(ji)于(yu)(yu)PM6:Y6的(de)(de)(de)光(guang)伏器(qi)(qi)件效率僅為(wei)(wei)(wei)16.61%,填(tian)充因(yin)子(zi)(zi)(zi)為(wei)(wei)(wei)76.0%。此外(wai),支化(hua)側(ce)鏈(lian)取代(dai)策略進一步拓展到了不同的(de)(de)(de)具(ju)有(you)(you)(you)香蕉(jiao)型結構的(de)(de)(de)非富勒烯受體分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)上,相對(dui)比(bi)于(yu)(yu)直(zhi)鏈(lian)側(ce)鏈(lian)取代(dai)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi),對(dui)應器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)光(guang)伏性(xing)能都得到大幅度(du)提升,展示(shi)了支化(hua)側(ce)鏈(lian)取代(dai)策略在優化(hua)非富勒烯受體分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)方面具(ju)有(you)(you)(you)普適性(xing)。

【打印本頁】 【關閉窗口】

分享:
亚博游戏-亚博游戏网站-亚博电子竞技(天津)有限公司