Solar RRL:溴原子数目对基于苯并二硒吩核心的窄带隙非富勒烯受体材料光伏效率及能量损失的影响

在众多可再生能源中,太阳能以其取之不尽用之不竭,环境友好,低能低消耗的特点,受到了人们广泛的关注。利用太阳能电池将太阳能转化成电能,是开发利用太阳能最方便和最行之有效的形式。相比于传统无机硅太阳能电池,有机太阳能电池材料(OSC)原材料来源极为广泛多样,合成步骤简便,合成制备成本低;材料性质与性能易于调控,具有很强的可设计性;质量轻便,易于携带;柔性好,形变程度大,可制成大面积轻、薄、柔性器件;器件加工工艺相对简单;可实现卷到卷工艺进行大规模生产等突出优点受到了大量的关注。在众多有机太阳能材料体系中,基于A-D-A型非富勒烯受体是近期研究的热点方向。

近期,北京理工大学王金亮教授课题组与苏州大学张茂杰教授课题组合作报道了一系列基于苯并二硒吩窄带隙的非富勒烯受体小分子材料(BDSeICXBr: X = 0, 2, or 4),并且通过调节末端基团溴原子个数,首次较为系统的研究了无溴、单溴和双溴末端基对基于苯并二硒吩核心的A-D-A型非富勒烯受体在电子性质、薄膜形貌、电荷传输、光电转化效率及能量损失方面的影响。研究表明,以单溴末端基构筑的BDSeIC2Br 为受体、宽带隙聚合物PM6为给体的有机太阳能电池(PSCs)效率高达12.5%,能量损失仅为0.52 eV。然而以双溴末端基构筑的BDSeIC4Br 和 无溴末端基构筑的BDSeIC为受体的有机太阳能电池效率分别达到 9.6% 和 7.1%。这些结果表明,基于单溴的末端基构筑的受体材料共混薄膜展现出更加平衡的电荷输运和更加合适的微观形貌。需要指出的是12.5%的效率是目前所有基于溴代末端基团的非富勒烯受体材料的二元有机太阳能电池效率的最高值。该项研究充分表明了基于苯并二硒吩为核心的非富勒烯小分子受体在有机薄膜太阳能电池中有着巨大应用潜力。

研究者相信,此项研究将会为基于苯并二硒吩有机光伏材料打开了一扇窗户,并为溴代末端基团的应用提供了一条新思路。相关论文在线发表在Solar RRL (10.1002/solr.201800250)。北理工博士生万世胜、苏州大学硕士生常春梅以及北理工王金亮教授为共同第一作者。通讯作者为北理工王金亮教授和苏州大学张茂杰教授。

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