光焱科技 胜焱电子科技 Enlitech
Previous slide
Next slide
Tell us more, we’ll
Enlighten Your Ideas!

2022 J. Mater. Chem. A:PCE 15.8% 全小分子太阳能电池!侧链工程和聚合物添加剂的结合應用

标题 15.8%效率全小分子太阳能电池

第一作者:梁海燕/张茂杰老师课题组

本文亮点

  通过在分子侧链引入硫烷基链和氯原子功能性基团,设计合成了新型小分子给体BTR-SCl。BTR-SCl在400 ~ 700 nm波长范围显示出强的吸收,HOMO能级低至−5.51 eV。同时,该分子也表现出有序的分子排列和较强的结性。基于BTR-SCl:Y6器件的PCE达到了14.6%,在4 wt%的PM7作为形貌调节剂被引入到BTR-SCl:Y6体系中后,器件的PCE进一步提升至15.8%。

研究动机

  相较于批次差异大的聚合物材料,小分子材料因纯度高、分子结构明确、批次重复性好等优点,近年来受到了广泛关注。随着NFAs(特别是Y6及其衍生物)的出现,ASM-OSCs进入一个快速发展阶段,二元太阳能电池的效率超过15.0%,三元太阳能电池的效率超过了16.0%。尽管发展迅速,但与PCE超过18.0%的聚合物太阳能电池相比,其性能仍然滞后。这是主要是由于全小分子独特的结晶特性使其很容易形成分散的“孤岛”形貌而不是连续互穿网络,并且较短的共轭长度不宜激子解离和电荷传输,最终导致较低的Jsc和FF。因此,迫切需要开发新型活性层材料以及寻找合适的形貌调控方法来进一步提高ASM-OSCs的器件性能。

本文所用仪器

  • SS-F5-3A (Enli Technology CO., Ltd.)
  • QE-R3011(EnliTechnology CO., Ltd.)
  • PECT 600, Enlitech
  • ELCT 3010, Enlitech

研究成果说明

  我们通过在侧链上引入硫烷基和氯取代基设计并合成了一种新型的小分子给体BTR-SCl。在杂原子取代的协同作用下,BTR-SCl在400 ~ 700 nm的波长范围内表现出宽而强的吸收,HOMO能级低至−5.51 eV,并且该材料还表现出长程有序的分子排列和较强的结晶性。因此,基于BTR-SCl:Y6的OSCs的PCE达到14.6%,同时器件还表现出低的Eloss (0.50 eV)和高Voc (0.88 V),值得一提的是,这一Voc值是ASM-OSCs体系PCE超过14.0%。此外,将少量聚合物PM7作为形貌调节剂加入到BTR-SCl:Y6体系中,通过改善给、受体的相容性,来减小相分离尺寸同时提高相的连续性。

  我们从共混膜的分子堆积可以看出,PM7的引入可以增强π-π堆积并提高分子排列的有序性,有利于激子解离和电荷传输,因此,显著提高了Jsc和FF,器件的PCE进一步提升至15.8%。

基于 BTR-SClY6 和 BTR-SClY6 (4 wt% PM7) 的最佳器件的 J-V 曲线
对应器件的EQE曲线
带有或不带有 PM7 的基于 BTR-SClY6 的设备的 sEQE 光谱和 EQEEL 曲线

图. 3 器件性能表征

通讯作者简介

导师:李永舫院士

2000/09-2005/07青岛科技大学高分子科学与工程学院 工学学士

2005/09-2008/07青岛科技大学高分子科学与工程学院 理学硕士

2008/09-2011/07中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室 理学博士

长期从事有机光伏领域的相关研究,内容主要包括新型有机光伏材料设计和高效率器件制备。发展了多种有效调制有机共轭材料光伏特性的新方法,制备了多种高效有机光伏材料;采用自主研发的新材料制备高性能有机光伏器件,能量转化效率始终保持在国际前列。先后在本领域内重要期刊Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、Macromolecules等发表SCI论文150余篇;其中第一作者或通讯作者论文110余篇。

本文关键词:侧链工程、side-chain engineering、聚合物、polymer、太阳光模拟器、Solar Simulator、Sun Simulator、量子效率、Quantum Efficiency、FTPS、REPS

原文:https://doi.org/10.1039/D2TA01690G

推荐仪器

Previous slide
Next slide

Loading

发表回复