最新最快太阳能光伏资讯
太阳能光伏网

有机太阳电池单结OSC转换效率已超18%

随着新型受体分子(特别是稠环类受体,FREAs)的出现,有机太阳能电池(OSC)领域已经取得了突破性的进展,单结OSC的光电转换效率(PCE)也已经超过18%。

很多经典的FREAs像ITIC等依赖于受体-给体-受体(A-D1DD1-A)的结构,其中给体部分结合在一起最终形成梯形稠环核心。这种对称结构的电子推拉效应可以诱导分子内电荷转移并扩展吸收,因此被认为是制备高效FREA的重要策略。

此外,还有研究人员通过替换给电子核一侧的结构单元,设计出具有A-D1DD2-A不对称结构型FREAs如IPT-4F等,其沿着共轭结构具有更强的分子间结合能和更大的偶极矩,因此获得了更高的性能。更重要的是,2019年Y6的出现宣布了又一新型A-D1A1D1-A稠环结构的出现,通过相应的改性,研究人员设计并合成了大量Y6衍生物,例如AY6和BTP-eC9等,使得单结OSC的器件效率不断提高,最终超过18%。

然而值得注意的是,到目前为止,大多数高性能的FREAs都需要繁杂的合成步骤,这无疑会增加材料成本从而限制相应的商业化应用。因此,通过新颖而合理的分子设计以降低成本获得高效的受体,对于OSC的广泛应用具有重要意义。

目前为止,很少有系统的工作研究相应的非稠环受体分子对OSC器件性能的影响。基于此,近日,南京理工大学唐卫华教授课题组通过设计并合成了三种基于A-D1-D-D1-A,A-D1-D-D2-A和A-D1-A1-D1-A的非稠环结构的受体分子:DBT-4F,DBD-4F和DBTD-4F,从而系统化研究了非稠环结构受体对于OSC光电性质之间的关系。

研究结果显示,三种新型受体分子均显示出从可见光到近红外区的强吸收,从DBT-4F,DBD-4F到DBTD-4F,HOMO能级呈现线性增加的趋势,而LUMO能级则不断降低,且都具有低于1.45 eV的窄光学带隙。这其中,DBT-4F相比于其它两个受体分子表现出更宽的光学带隙约1.43 eV。此外,三种分子的合成简单,总共步骤不超过四步。

研究人员随后将三种受体分子与聚合物给体PBDB-T共混分别制备了相应的OSC器件。通过比较,基于PBDT-T:DBT-4F的OSC器件的薄膜表现出更均匀的相分离形态,并且具有很明显的质感,为进行有效的电荷传输奠定了基础。基于PBDB-T:DBT-4F的OSC获得了12.14%的最佳PCE,远高于基于DBD-4F和DBTD-4F的OSC器件(分别为8.34%和5.55%)。该器件同样显示了优异的光电参数:开路电压(VOC)为0.88 V,短路电流密度(JSC)为19.65 mA cm2,填充因子(FF)为70.24%。据悉,12.14%的PCE是目前基于非稠环类受体的二元OSC的最高值之一。这些结果不仅表明A-D1-D-D2-A结构可能更适合非稠环结构型受体,对于设计开发更高性能的OSC有巨大潜力。

总之,这项工作不仅系统地探究了非稠环受体分子对OSC性能的影响,同时也为设计和开发新型受体分子提供了新思路。相关研究成果现已发表在《Chemical Engineering Journal》上,题为“Asymmetric simple unfused acceptor enabling over 12% efficiency organic solar cells”。文章的第一作者是南京理工大学曹金如博士,通讯作者是南京理工大学唐卫华教授。

文献地址:https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.128770

文中所涉及材料:

PBDB-T:1415929-80-4

最新相关

本周除颗粒硅外均无成交

简评: 据调研,本周N型棒状硅、P型棒状硅均无成交,N型颗粒硅因其价格优势仅有少量成交,成交价格区间为5.90-6.20万元/吨,成交均价为6.01万元/吨。造成市场清淡的原因主要为下游硅片几乎停止原料...

700W+,新一代主流技术进击!

“自去年以来,异质结(HJT)技术各项数据稳步推进,电池转换效率持续提升,成本不断下降。这一次与以往不同,国内异质结产业量产步伐确实在提速。”一位行业分析师对PV Tech说道。当前,...