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2022 Nano Energy:室内有机光伏效率接近30%!非富勒烯受体的优化

标题 优化非富勒烯受体的光谱和形态匹配

第一作者:罗四维/颜河教授课题组

本文亮点

  1. 对非富勒烯受体进行侧链改性,室内效率接近30%
  2. 减少光谱不匹配使室内器件在2600K到6000K之间具有良好的性能
  3. 稳定的FCC-Cl-4Ph可制作大面积设备器件用于驱动低功耗传感器

研究动机

  近年来,物联网的快速发展,为各种传感器和电子设备的离网和自持能源创造了巨大需求。与此同时,有机光伏(OPV)也取得了长足的发展,以其低成本、环保、低碳排放的优势提供了所需的电源。而商业室内照明的典型色温为3000-6500K,其辐照光谱可见范围为400-700 nm。由于光谱不匹配,具有近红外吸收特性的高效太阳能电池系统不适合室内应用。例如,当硅太阳能电池用于室内应用时,由于其吸收范围不匹配(扩展到1100nm),它们具有额外的能量损失,由于其高效的室内照明收集,以及良好的灵活性和解决方案的可处理性,有机光伏被认为是一种有前途的室内能源替代品。室内有机光伏(IOPV)之所以能高效地捕获光,是因为光活性层的吸收与室内光源的发射之间具有更好的光谱匹配。

  本文通过侧链工程,对受体分子进行改性,使得受体分子吸收光谱蓝移从而提高了光谱匹配度,增强了器件的室内光伏性能。

本文所用仪器

  • 光焱科技的QE-R量子效率测量系统

研究成果说明

  本文通过侧链工程合成一系列非富勒烯受体(NFA),命名为FCC-Cl-C8、FCC-Cl-4Ph和FCC-Cl-6Ph,旨在同时优化室内器件性能和增强光源适应性。 研究发现,侧链修饰不仅可以削弱中心核的供电子能力,改变吸收,而且可以微调NFA共混膜的形态。 结果表明,具有平衡吸收和聚集特性的FCCCl-4Ph在3000K、1000 lux灯下表现出29.3%的优异PCE,这是迄今为止用于IOPV器件的最高值之一。 更重要的是,FCC-Cl-4Ph可以在各种室内照明条件下(2600-6500K)保持良好的PCE(>27%),这证明了这种新材料具有良好的光源适应性和在实际室内应用的潜力。

29.3%优异PCE
波长光子通量
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通讯作者简介

  颜河教授于2000年获得北京大学学士学位,2004年获得美国西北大学博士学位。2012年之前,他的大部分研究生涯都在Polyera Corporation度过。现任香港科技大学化学系教授、香港科技大学能源研究所副主任、华南理工大学兼职教授。主要研究方向为有机和钙钛矿太阳能电池的有机半导体材料。以第一作者/通讯作者身份在Nature,Nature materials, Nature Energy, Nature Communications, Advanced Materials, Journal of the American Chemical Society, ANGEW等顶级期刊发表多篇研究成果.

本文关键词:室内有机光伏、indoor organic photovoltaic、非富勒烯受体、nonfullerene acceptor、量子效率、Quantum Efficiency

原文:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107281

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