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南昌大学陈义旺教授和谌烈教授研究团队利用侧链工程精准调控聚合物给体太阳能电池整体性能参数取得新进展
2019-03-07  88必发娱乐官网:88必发官网,bf88必发官网,88必发娱乐官网

  近年来,有机太阳能电池发展迅速,给/受体双组分有机太阳能电池活性层通过优化分子结构成为了提高光电转换效率(PCE)的重要途径。其中,侧链工程具备调控活性层材料的溶解度,优化分子形貌等优点,成为了目前提高光伏器件效率的重要策略之一。然而,通过给/受体的侧链工程往往只能实现器件填充因子(FF)或短路电流(Jsc)等单一调控器件单一参数的调控,很难实现器件整体工作参数全面提高。

  近日,南昌大学化学学院陈义旺教授和谌烈教授课题组与北京航天航空大学孙艳明教授课题组合作,合成了三个基于苯并三氮唑(FTAZ)不同侧链长度的新型宽带隙聚合物给体材料,L24,L68 和 L810。研究表明,通过在苯并二噻吩(BDT)单元中引入单个氯(Cl)原子,一方面能够有效降低最高占有轨道(HOMO)能级,降低分子主链的扭转角;另一方面能提高聚合的反应活性,从而大大提高了聚合物材料的分子量,解决给体材料分子量不足导致器件性能难以提高的问题。更重要的是,通过精准调控FTAZ单元侧链长度,明显提高了光谱吸收,分子取向更倾向于Face-on堆叠方式,优化了活性层中相分离尺寸,活性层形貌得到显著改善,最终实现了短路电流(Jsc),填充因子(FF),甚至包括开路电压(Voc)三个器件参数的全面显著提高。其中,聚合物L810实现了12.1%的能量转换效率,伴随的外量子效率(EQE)的吸收光谱从500nm到800nm一直维持高达80%,这也是目前基于FTAZ单元聚合物给体材料的最高效率之一。

图一  (a)和(b) 分别为J91, L24,L68,L810的DFT模拟计算图; (c)BDT-4F和BDT-2Cl中BDT上α位的反应活性对比。

图2  三个聚合物材料制备器件的I-V曲线图。

  相关工作发表在Advanced Functional Materials上,文章第一作者是南昌大学化学学院的硕士研究生廖志辉,北京航天航空大学的博士研究生谢远鹏为共同一作,南昌大学陈义旺教授谌烈教授以及北京航天航空大学孙艳明教授为共同通讯作者。Zhihui Liao, Yuanpeng Xie, Lie Chen*, Yun Tan, Shaorong Huang, Yongkang An, Hwa Sook Ryu, Xiangchuan Meng, Xunfan Liao, Bin Huang, Qian Xie, Han Young Woo, Yanming Sun*, and Yiwang Chen*. Fluorobenzotriazole (FTAZ)-Based Polymer Donor Enables Organic Solar Cells Exceeding 12% Efficiency, Adv. Funct. Mater. 2019, 1808828.

  论文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.201808828

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