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化學所發展出兼具高效率、低成本、高穩定的n-型光伏材料

儀表研發 2022年04月01日 18:16:31來源:中國科學院化學研究所 18194
摘要在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下,中科院化學研究所有機固體院重點實驗室研究員朱曉張課題組在n-型光伏材料與器件研究方面開展深入研究,發展了系列高性能光伏受體材料,并構筑了系列高性能光伏器件。

  【儀表網 儀表研發】近年來,得益于非富勒烯受體的發展,有機太陽能電池的光電轉換效率取得重大突破。然而,同時兼具高穩定性、低成本和高效率的有機光伏材料與器件仍具挑戰,成為其商業化應用的制約瓶頸。

  在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下,中科院化學研究所有機固體院重點實驗室研究員朱曉張課題組在n-型光伏材料與器件研究方面開展深入研究,發展了系列高性能光伏受體材料,并構筑了系列高性能光伏器件。 

  基于在n-型光伏材料的設計、合成及器件應用方面的積累,受到高遷移率稠環有機半導體成功設計的啟發,該課題組在2021年提出了“全稠環電子受體(AFAR)”的設計概念,發展了高穩定性的光伏受體材料,其表現出更低的分子重組能和優異的化學、光化學及熱穩定性,實現了接近10%的效率,相關成果發表在CCS Chem.(2021, 3, 1070–1080)上。  

  最近,他們通過引入基于苯并噻二唑的核心骨架,發展了新的全稠環電子受體材料(F-受體),實現了近紅外響應性。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雙C-H活化/環化方法開發了一套完整的合成路線,實現了一天內10克級材料的宏量制備。與目前報道的非富勒烯受體相比,其表現出更低的合成成本(與P3HT的成本相當)。研究表明,F-受體具有比主流3-(二氰基亞甲基)靛酮(ICNC)類受體更加優異的薄膜穩定性。單晶X射線結構分析表明,F-受體具有三維蜂窩型堆積結構,有利于電荷傳輸。基于全稠環電子受體的器件獲得了13%的光電轉化效率,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良的光穩定性,表現出極小的“burn-in”損失。

  該工作為協同解決有機太陽能電池中的成本、效率和穩定性難題提供了范例,相關成果發表在CCS. Chem.(2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202201963)上。

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