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兼具高效率、低成本、高穩(wěn)定的n-型光伏材料為有機光伏添磚加瓦
2022年04月06日 11:39:55
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：4279
該課題組所提出的設(shè)計概念發(fā)展了高穩(wěn)定性的光伏受體材料，其表現(xiàn)出更低的分子重組能和優(yōu)異的化學(xué)、光化學(xué)及熱穩(wěn)定性，實現(xiàn)了接近10%的效率。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】有機光伏電池具有質(zhì)輕、柔性、可溶液加工等優(yōu)點，是一項具有廣闊應(yīng)用前景的新能源技術(shù)，同時也是當(dāng)前太陽能電池技術(shù)的前沿?zé)狳c研究方向。近年來，得益于新型光伏材料的發(fā)展，有機光伏電池的光電轉(zhuǎn)化率取得了飛速的提升，展示出了其巨大的實際應(yīng)用潛力。
近年來，得益于非富勒烯受體的發(fā)展，有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率取得重大突破。然而，目前已具有的有機光伏材料仍然存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、合成步驟繁多、產(chǎn)率低等問題，同時兼具高穩(wěn)定性、低成本和高效率的有機光伏材料與器件仍具挑戰(zhàn)，成為其商業(yè)化應(yīng)用的制約瓶頸。
近日，中科院化學(xué)研究所有機固體院重點實驗室研究員朱曉張課題組基于在n-型光伏材料的設(shè)計、合成及器件應(yīng)用方面的積累，受到高遷移率稠環(huán)有機半導(dǎo)體成功設(shè)計的啟發(fā)，在2021年提出了“全稠環(huán)電子受體(AFAR)”的設(shè)計概念，在n-型光伏材料與器件研究方面開展深入研究。
為了解決非富勒烯受體的宏量制備問題，研究人員利用高效分子內(nèi)雙C-H活化/環(huán)化方法開發(fā)了一套完整的合成路線，實現(xiàn)了一天內(nèi)10克級材料的宏量制備，與目前報道的非富勒烯受體相比，其表現(xiàn)出更低的合成成本。他們通過引入基于苯并噻二唑的核心骨架，發(fā)展了新的全稠環(huán)電子受體材料(F-受體)，實現(xiàn)了近紅外響應(yīng)性。
研究表明，F(xiàn)-受體具有比主流3-(二氰基亞甲基)靛酮(ICNC)類受體更加優(yōu)異的薄膜穩(wěn)定性。單晶X射線結(jié)構(gòu)分析表明，F(xiàn)-受體具有三維蜂窩型堆積結(jié)構(gòu)，有利于電荷傳輸。基于全稠環(huán)電子受體的器件獲得了13%的光電轉(zhuǎn)化效率，是非INCN類受體材料的效率最高值。此外，空氣中加工基于F-受體的器件展示出優(yōu)良的光穩(wěn)定性，表現(xiàn)出極小的“burn-in”損失。
該課題組所提出的設(shè)計概念發(fā)展了高穩(wěn)定性的光伏受體材料，其表現(xiàn)出更低的分子重組能和優(yōu)異的化學(xué)、光化學(xué)及熱穩(wěn)定性，實現(xiàn)了接近10%的效率，該工作為協(xié)同解決有機太陽能電池中的成本、效率和穩(wěn)定性難題提供了范例，同時也構(gòu)筑了系列高性能光伏器件。相關(guān)成果發(fā)表在CCS. Chem.(2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202201963)上。
兼具高效率、低成本、高穩(wěn)定性的全稠環(huán)F-受體材料
(資料參考來源：中國科學(xué)院化學(xué)研究所)
(圖片來源：中國科學(xué)院化學(xué)研究所)
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