科学家发展出兼具高效率、低成本、高稳定的n-型光伏材料

来源:科学网 | 2022-04-06 10:08:38 |

年来,得益于非富勒烯受体的发展,有机太阳能电池的光电转换效率取得重大突破。然而,同时兼具高稳定、低成本和高效率的有机光伏材料与器件仍具挑战,成为其商业化应用的制约瓶颈。

国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下,中科院化学研究所有机固体院重点实验室研究员朱晓张课题组在n-型光伏材料与器件研究方面开展深入研究,发展了系列高能光伏受体材料,并构筑了系列高能光伏器件。

基于在n-型光伏材料的设计、合成及器件应用方面的积累,受到高迁移率稠环有机半导体成功设计的启发,该课题组在2021年提出了“全稠环电子受体(AFAR)”的设计概念,发展了高稳定的光伏受体材料,其表现出更低的分子重组能和优异的化学、光化学及热稳定,实现了接10%的效率,相关成果发表在CCS Chem.(2021, 3, 1070–1080)上。

,他们通过引入基于苯并噻二唑的核心骨架,发展了新的全稠环电子受体材料(F-受体),实现了红外响应。为了解决非富勒烯受体的宏量制备问题,研究人员利用高效分子内双C-H活化/环化方法开发了一套完整的合成路线,实现了一天内10克级材料的宏量制备。与目前报道的非富勒烯受体相比,其表现出更低的合成成本(与P3HT的成本相当)。研究表明,F-受体具有比主流3-(二氰基亚甲基)靛酮(ICNC)类受体更加优异的薄膜稳定。单晶X射线结构分析表明,F-受体具有三维蜂窝型堆积结构,有利于电荷传输。基于全稠环电子受体的器件获得了13%的光电转化效率,是非INCN类受体材料的效率最高值。此外,空气中加工基于F-受体的器件展示出优良的光稳定,表现出极小的“burn-in”损失。

该工作为协同解决有机太阳能电池中的成本、效率和稳定难题提供了范例,相关成果发表在CCS. Chem.(2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202201963)上。

兼具高效率、低成本、高稳定的全稠环F-受体材料

关键词: 光伏材料 太阳能电池 光电转换 中科院