鄭州大學孫晨凱課題組 ACS Nano：低成本聚合物給體PTQ16-10實現(xiàn)19.52%效率的有機太陽能電池
2024-12-31 來源：高分子科技
溶液加工的有機太陽能電池(OSCs)憑借其輕便性、柔性、以及半透明性等優(yōu)點，在光伏領域贏得了廣泛矚目。在有機光伏材料和器件工程快速發(fā)展的推動下，OSCs的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)已超過20%，達到了商業(yè)化應用的門檻。要實現(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，當前報道的大多數(shù)高性能有機光伏材料普遍面臨合成工藝復雜、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，這不利于實現(xiàn)大規(guī)模制備和商業(yè)化應用；同時，當前在探索低成本高效有機光伏材料方面，相關研究尚顯不足。因此，開發(fā)新型的低成本和高性能的有機光伏材料對于推動OSCs的實際應用具有重要意義。
針對上述問題，在國家自然科學基金和河南省自然科學基金的大力支持下，鄭州大學化學學院孫晨凱課題組通過在前期開發(fā)的低成本高效聚合物PTQ10的分子骨架中引入簡單結(jié)構(gòu)的苯并三氮唑(BTA)單元，設計合成了兩個低成本的三元共聚物給體PTQ16-10和PTQ16-20。與PTQ10相比，BTA單元的引入導致了兩個三元共聚物增加的光吸收系數(shù)、上移的能級、更有序的分子π-π堆積、增強的分子結(jié)晶度和更好的電荷傳輸能力。因此，基于PTQ16-10:K2的OSCs實現(xiàn)了增強的電荷生成和傳輸，最終實現(xiàn)了18.83%的PCE。此外，通過引入另一種結(jié)構(gòu)相似的受體K6作為第三組分，基于PTQ16-10:K2:K6的三元體系的能級排列、微觀形態(tài)和電荷轉(zhuǎn)移得到了進一步優(yōu)化。最終，三元器件實現(xiàn)了19.52%的PCE，這是基于低成本有機光伏材料的OSCs的最高PCEs之一。
論文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c12268
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（責任編輯：xu）
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