Solar RRL:烷氧侧链增溶的稠环电子受体及其非卤溶剂加工刮涂有机太阳能电池

太阳能电池将最为充足的绿色可再生能源太阳能转换成电能。有机太阳能电池具有重量轻、成本低、可制备柔性半透明器件等突出优点,具有很好的发展前景。

近年来,用于制备有机太阳能电池活性层的非富勒烯稠环电子受体受到了学术界的广泛关注,其单结有机太阳能电池的光电转换效率已经超过18%。这些高效的有机太阳能电池活性层大多在惰性气体中通过旋涂的方式进行制备,而且常用含卤溶剂,从而影响了有机太阳能电池的商业化。因此,合成可用环境友好的非卤溶剂加工的受体材料和制备工艺的优化非常重要。

中国科学院化学研究所林禹泽研究员课题组和北京大学占肖卫教授课题组合作设计并合成了烷氧基链增溶的十并稠环电子受体F10IC2。其分子中的烷氧基侧链扩宽吸收光谱的同时,很好地提高了受体分子的溶解性。在空气中,基于PTB7-Th: F10IC2制备的刮涂有机太阳能电池器件,在无任何后处理的情况下其能量转换效率可达到12.5%,采用无卤素溶剂邻二甲苯制备器件的光电转换效率高达11.4%,均高于同组分旋涂器件的能量转换效率。与香港中文大学路新慧教授课题组合作,通过掠入射广角X射线散射研究共混薄膜形貌,发现刮涂共混膜的结晶更好,从而有效减少电荷的复合,有利于电荷的提取,改善器件的性能。研究表明,烷氧侧基取代的稠环电子受体材料在制备工艺简单、环境友好型、可大面积生产的高性能有机太阳能电池方面具备潜力。相关结果发表在Solar RRL(DOI: 10.1002/solr.202000108)上。