新聞動態(tài)
【背景介紹】
有機太陽電池因為其柔性、輕質、可溶液加工等特點而具有巨大商業(yè)應用前景。有機太陽電池活性層通常為二元體系，由一個電子給體和一個電子受體組成，給受體共混形成納米尺度互穿網(wǎng)絡結構，可提供足夠激子解離界面和載流子快速傳輸通道。由于有機共軛分子有限的光吸收范圍，二元活性層吸光范圍較窄，不能充分覆蓋太陽輻射光譜。近年來，利用吸收互補的三種材料(如：兩給體一受體，一給體兩受體)構筑高效三元有機太陽電池成為一個研究熱點【1】。由共軛高分子給體、富勒烯受體和非富勒烯受體構筑的三元太陽電池性能優(yōu)越，它綜合了富勒烯受體的高電子遷移率優(yōu)勢和非富勒烯受體的高可見-近紅外吸光優(yōu)勢，能量轉換效率(PCE)超過10%。
【成果簡介】
最近，國家納米科學中心丁黎明課題組研發(fā)了一類新型碳氧橋梯形稠環(huán)單元，與傳統(tǒng)的碳橋梯形稠環(huán)單元如吲噠省類分子(IDT、IDTT)相比，它具有更強的給電子能力和更大的分子平面，用它構筑的D-A共聚物給體材料或A-D-A非富勒烯受體材料具備更窄帶隙，更優(yōu)吸光能力，以及更強載流子傳輸能力，太陽電池可以獲得更高短路電流密度(Jsc)、填充因子(FF)和PCE(Sci.Bull.,2017,62,1331,http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927317304851)。在此基礎上，他們開發(fā)了基于八環(huán)碳氧橋梯形單元的非富勒烯受體材料COi8DFIC，其光學帶隙僅為1.26eV，在600-1000nm范圍內具有強吸光能力，COi8DFIC與給體PTB7-Th共混制備體異質結太陽電池獲得12.16%的PCE和26.12mAcm-2的Jsc(Sci.Bull.,2017,62,1494,http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927317305340)。他們將富勒烯受體PC71BM引入COi8DFIC和PTB7-Th的二元體系中，經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化，獲得14.08%的能量轉換效率，該效率為目前報道的單節(jié)有機太陽電池最高效率。添加一定量的PC71BM，活性層在短波和長波區(qū)的吸光能力明顯增強，活性層電子遷移率明顯提高，實現(xiàn)了更加平衡的載流子傳輸，電荷復合被進一步抑制，Jsc和FF有顯著提高。該三元電池在近紅外有較高的外量子效率(EQE)，響應波長達1050nm，將來在疊層電池和半透明電池方面都會有很好的應用。該研究工作以題為“Ternaryorganicsolarcellsoffer14%powerconversionefficiency”發(fā)表在ScienceBulletin上(2017-11-02在線發(fā)表)。
【圖文導讀】
(a)PTB7-Th，COi8DFIC和PC71BM分子結構
(b)PTB7-Th，COi8DFIC和PC71BM膜吸收光譜
(c)能級圖
(d)二元和三元電池J-V曲線
(e)二元和三元電池EQE曲線
【小結】
丁黎明課題組研發(fā)一種高分子-富勒烯-非富勒烯三元有機太陽電池，富勒烯受體的引入大幅改善了電子傳輸，電池短路電流密度得到顯著提高，單節(jié)有機太陽電池效率首次突破14%。本工作表明高分子-富勒烯-非富勒烯三元太陽電池具有很大潛力。
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