新型受体提高三元非富勒烯有机太阳能电池效率

近年来,随着不可再生化石燃料的大量使用所造成的能源和环境问题日趋严重,绿色环保的太阳能电池技术得到了广泛重视。其中,有机太阳能电池具有低价、柔性、半透明和色彩绚烂等诸多优点,在便携式电子产品充电、光伏建筑一体化等领域具有很强的应用潜力,已成为当前新能源领域的研究热点。

目前,制约有机太阳能电池大规模商业化应用的主要原因是效率和稳定性有待进一步提高,高性能界面材料和光活性层材料是影响电池性能的关键。针对上述问题,中科院宁波材料所葛子义研究员领导的有机光电材料与器件研究团队在2015年首次将可湿法加工的低价非共轭小分子电解质用作阴极界面层,突破了单结有机太阳能电池10%的效率瓶颈(Nature Photonics, 2015, 9, 520)。后续又在有机太阳电池界面调控方面开展了深入系统的研究工作,例如开发了系列新型非共轭小分子界面材料(J .Mater. Chem. A, 2016, 4, 14944; J .Mater. Chem. A, 2016, 4, 2530)、超支化聚合物界面材料(Prog. Photovolt: Res. Appl, 2016, 130, 319)和绿色环保的罗丹明和叶绿素界面材料(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 27083; J .Mater. Chem. A, 2018, 6, 464)等。上述系列界面材料不仅界面调控性能优异,而且成本低,可湿法加工,适合有机太阳能电池的大面积、低成本制备。

图1.(a)ITCN, IT-M和PBDB-T的吸收光谱图,(b)ITCN/IT-M/PBDB-T光活性层体系的能级和电荷跃迁示意图。

图2. ITCN/IT-M/PBDB-T三元非富勒烯有机太阳电池效率曲线

最近,该研究团队在高效率非富勒烯有机太阳能电池方面也取得了重要进展,设计合成了一种新型五元稠环骨架的小分子非富勒烯受体材料ITCN,与非富勒烯受体IT-M和PBDB-T聚合物给体形成良好的能级匹配和吸收光谱互补,通过优化器件,制备了单结12.16%能量转换效率的三元非富勒烯有机太阳能电池。

该成果以发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201703005)上,该工作也得到了中科院化学所侯剑辉团队的支持。

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