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【Advanced Functional Materials(IF>19.924)】韩国蔚山科技大学Changduk Yang教授团队开发18.2%效率稳定性极佳的有机太阳能电池

顶尖团队的选择

重点摘要

  1. 韩国蔚山科技大学UNIST Changduk Yang教授研究团队开发新型吸电子层材料H75,有机太阳能电池效率达18.2%。
  2. H75-based电池在不同老化条件下,效率衰减仅5%,表现极为稳定。
  3. H75材料的苯甲酰胺基官能团提升了电池的转换效率和结构稳定性。
  4.  

研究背景

有机太阳能电池因具备制程简便、成本低廉等优势,被视为下一代光伏技术的重要候选。但目前商业化的瓶颈在于电池效率和稳定性仍待提升。为实现有机太阳能电池的实际应用,进一步增强转换效率与装置稳定性是当前的关键课题。

研究成果

韩国UNIST大学Changduk Yang教授团队设计开发了一种新的吸电子层材料H75,将基于H75的有机太阳能电池功率转换效率提高至18.2%。相比传统电池,H75-based有机太阳能电池在不同老化环境下表现优异,1500小时长期存放效率衰减不到5%,光照老化和高温尝试中的T80 lifetime优于1000小时。

蔚山科技大学位于有着韩国工业首都之称的蔚山广域市,是韩国四大国立科技大学之一(其余三所分别是:韩国科学技术院、光州科学技术院以及大邱庆北科学技术院),成立至今一直致力于发展成为韩国相当优秀的国立大学乃至引领世界的理工类大学。蔚山科技大学UNIST于2019年安装EnlitechQE-R 量子效率系统后,分别在2020年8月、2022年1月、2022年12月连续在NREL(美国国家可再生能源实验室)太阳能电池Interactive Best Research-Cell Efficiency Chart单节钙钛矿太阳能电池领域创下2020年8月(25.5%)、2022年1月(25.7%)、2022年12月(25.8%)纪录。

研究人员使用光焱科技公司的QE-R量子效率系统进行了电池效率和量子效率的测试。测试结果显示,H75材料明显提升了电池的转换效率和装置稳定性。研究团队认为H75材料中的苯甲酰胺基官能团提升了薄膜的形成能力、能级匹配性,并降低了聚集效应,这是使电池性能得到全面提升的关键因素。

这项成果展现了H75材料在构建高效稳定的有机太阳能电池方面的巨大潜力。相信在不久的将来,经过进一步的优化,基于H75的有机光伏装置必将大放异彩,为可再生能源的发展做出更大贡献。

研究方法

  1. 通过Suzuki偶联反应,以1,7-Dibromoperylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid为起始原料,先后合成Intermediate PDIN-Br2和最后产物H75,在吸电子传输层中引入苯甲酰胺基官能团。
  2. 分别以H75、PDIN和PDINN三种材料为电子传输层,制备D18:Y6体系的有机太阳能电池,测试其光电转换效率。
  3. 分别进行长期存放、高温、光照老化、潮湿和大气稳定性测试,考察未封装的有机太阳能电池的稳定性。
  4. 通过1H NMR、13C NMR、质谱等手段表征H75的化学结构,并运用热重分析、紫外光谱等分析其热稳定性和光稳定性。
  5. 使用原子力显微镜、GIWAXS等手段研究H75薄膜的形态学结构,解析其分子设计优势。
  6.  

结论

本研究开发的H75材料明显提升了有机太阳能电池的功率转换效率与装置稳定性。提供了构建高效稳定吸电子传输层的分子设计策略。

原文连结

本文发表于2022年5月19日
https://doi.org/10.1002/adfm.202303386

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