北理工在有机太阳能电池构筑及性能优化方面取得进展


近日,pc蛋蛋自动投注模式化学与化工学院硕士研究生蒋梦云以第一作者身份在国际顶级期刊Energy Environmental & Science (IF: 38.5)发表题目为“Rational compatibility in a ternary matrix enables all-small-molecule organic solar cells with over 16% efficiency”的研究论文,此论文被选为该杂志2021年第7期的Front Cover。pc蛋蛋自动投注模式为第一通讯单位,pc蛋蛋自动投注模式安桥石特别研究员、王金亮教授和北京交通大学张福俊教授为共同通讯作者,本研究得到了国家自然科学基金,北京市自然科学基金和pc蛋蛋自动投注模式青年教师学术启动计划等项目的资助及pc蛋蛋自动投注模式分析测试中心的支持。

《Energy Environmental & Science》2021年第7期杂志封面及器件优化原理

环境污染和能源危机是当今世界面临的两大难题,开发和利用高效率清洁能源是国家能源战略中亟需解决的重大科学问题,也是我国实现可持续发展的重要举措。有机太阳能电池(organic solar cells,OSCs)是一种有潜力的绿色光电转换技术,其具有原材料丰富、质量轻、柔性、半透明、多彩、可大面积制备等优点,已成为当今新能源领域最富活力和生机的研究前沿之一。OSCs的独特优势为其商业化应用提供了广阔的空间,有助于实现与其它类型太阳能电池形成互补,以及填补光伏市场在柔性和半透明器件方面的缺位。由于小分子材料具有结构简单、明确,易合成,易提纯,批次稳定性好等优势,全小分子OSCs有潜力成为最适合产业化的光伏器件。为制备出高效率的全小分子器件,研究者选择了具有合理兼容性的三种小分子材料B1,BO-4Cl和Y7作为器件的有源层。受体分子Y7与BO-4Cl兼容性最好,而给体B1与受体Y7的兼容性最差。在混合薄膜中两种受体分子倾向于形成类合金态,通过调控两种受体材料的比例,能够有效改善有源层的分子排布,结晶程度及大小,从而促进电荷的传输与收集。而B1与 Y7分子间较大的相互作用力可以优化给受体相分离,提升激子的解离效率。当Y7在受体中的含量为10%时,器件的最优效率达到16.28%,为当前全小分子OSCs的最高值。

图三 双给体协同作用助力高效率叁元有机太阳能电池_副本.png

双给体协同作用助力高效率叁元有机太阳能电池

基于聚合物双给体S3和PM6,研究者设计并制备出效率超过17.5%的三元OSCs,器件效率的提升主要归因于其短路电流,开路电压和填充因子的同时提高。双给体材料具有互补的吸收光谱和较好的兼容性,这有利于改善有源层的光子俘获和形貌,进而提升器件的短路电流和填充因子。此外,相较于PM6, S3具有较高的HOMO能级,有助于降低三元器件的非辐射能量损失,进而提升器件的开路电压。该论文为利用双给体分子制备高效率三元OSCs提供了新的策略。

该论文发表于Energy Environmental & Science 2020年第12期,论文的题目为“Two compatible polymer donors contribute synergistically for ternary organic solar cells with 17.53% efficiency”。pc蛋蛋自动投注模式为第一通讯单位,pc蛋蛋自动投注模式安桥石特别研究员为第一作者及通讯作者,南方科技大学孙会靓副研究员为共同通讯作者。该论文自发表以来共计被引34次,入选最新一期的ESI热点和高被引论文。本研究得到了国家自然科学基金,pc蛋蛋自动投注模式青年教师学术启动计划等项目的资助及pc蛋蛋自动投注模式分析测试中心的支持。

文章链接:

1.https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d1ee00496d#!divAbstract

2.https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/d0ee02516j#!divAbstract


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