鄭州大學(xué)孫晨凱課題組 ACS Nano:低成本聚合物給體PTQ16-10實(shí)現(xiàn)19.52%效率的有機(jī)太陽(yáng)能電池
2024-12-31 來(lái)源:高分子科技
溶液加工的有機(jī)太陽(yáng)能電池(OSCs)憑借其輕便性、柔性、以及半透明性等優(yōu)點(diǎn),在光伏領(lǐng)域贏得了廣泛矚目。在有機(jī)光伏材料和器件工程快速發(fā)展的推動(dòng)下,OSCs的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)已超過(guò)20%,達(dá)到了商業(yè)化應(yīng)用的門檻。要實(shí)現(xiàn)OSCs的產(chǎn)業(yè)化,低成本、高性能和高穩(wěn)定性是必不可少的。然而,當(dāng)前報(bào)道的大多數(shù)高性能有機(jī)光伏材料普遍面臨合成工藝復(fù)雜、提純難度大、產(chǎn)量有限等挑戰(zhàn),這些因素直接推高了光活性層材料的成本,這不利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備和商業(yè)化應(yīng)用;同時(shí),當(dāng)前在探索低成本高效有機(jī)光伏材料方面,相關(guān)研究尚顯不足。因此,開發(fā)新型的低成本和高性能的有機(jī)光伏材料對(duì)于推動(dòng)OSCs的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。
針對(duì)上述問(wèn)題,在國(guó)家自然科學(xué)基金和河南省自然科學(xué)基金的大力支持下,鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院孫晨凱課題組通過(guò)在前期開發(fā)的低成本高效聚合物PTQ10的分子骨架中引入簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的苯并三氮唑(BTA)單元,設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)低成本的三元共聚物給體PTQ16-10和PTQ16-20。與PTQ10相比,BTA單元的引入導(dǎo)致了兩個(gè)三元共聚物增加的光吸收系數(shù)、上移的能級(jí)、更有序的分子π-π堆積、增強(qiáng)的分子結(jié)晶度和更好的電荷傳輸能力。因此,基于PTQ16-10:K2的OSCs實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的電荷生成和傳輸,最終實(shí)現(xiàn)了18.83%的PCE。此外,通過(guò)引入另一種結(jié)構(gòu)相似的受體K6作為第三組分,基于PTQ16-10:K2:K6的三元體系的能級(jí)排列、微觀形態(tài)和電荷轉(zhuǎn)移得到了進(jìn)一步優(yōu)化。最終,三元器件實(shí)現(xiàn)了19.52%的PCE,這是基于低成本有機(jī)光伏材料的OSCs的最高PCEs之一。
論文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c12268
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