寬帶隙太陽能電池材料及其疊層器件研究獲進展

北極星太陽能光伏網訊:聚合物太陽能電池具有質量輕、柔性及低成本等獨特的優勢，近10多年來受到世界各國科學工作者的廣泛關注。如何在拓寬材料分子吸收的同時，保持高開路電壓是有機光伏領域一個重要研究內容。採用疊層器件結構將兩個具有不同吸收範圍的單結電池串聯起來，可以同時實現寬吸收光譜與高開路電壓，是提升有機太陽能電池效率的有效方法之一。目前寬帶隙聚合物光伏材料的種類相對較少，這在一定程度上限制了疊層電池的子電池之間的光譜互補，進而限制效率的進一步提高。

在國家傑出青年基金項目、中國科學院戰略性先導科技專項等資助下，中科院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室鄭慶東課題組和西安交通大學教授馬偉課題組針對這些現狀和問題，設計合成了一類含梯形稠環引達省並二噻吩單元的D--A型寬帶隙聚合物材料。該材料實現了對聚合物的能級、帶隙、分子鏈構象以及載流子傳輸性能的優化，最終提高電池器件的光電轉換效率。基於優化後的聚合物，製備了光電轉換效率為8.15%的單結太陽能電池。進一步地，他們採用該類寬帶隙聚合物和基於苯並二噻吩類窄帶隙聚合物（PTB7-Th）分別作為前電池和後電池的給體材料，利用新型二元混合界面層，成功製備了疊層太陽能電池，器件轉換效率達11.15%，開路電壓達1.70V。相關結果近期在線發表於《納米能源》（Nano Energy,2017,33,313-324）。該工作不僅為高效寬帶隙聚合物材料的設計合成提供了一個新思路，也為疊層太陽能電池中界面層提供了一個新選擇。

此前，該團隊將不對稱茚並噻吩作為構築單元用於系列新型寬帶隙聚合物太陽能電池材料的設計與合成（Adv. Mater. 2016, 28, 3359-3365, Adv. Electron. Mater., 2016, 2, 1600340），成功製備了開路電壓高達1.0V同時轉換效率達9.0%以上的太陽能電池器件。另外該團隊還受邀撰寫了題為Recent advances in wide bandgap semiconducting polymers for polymer solar cells 的綜述論文（J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 1860-1872）。

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