全小分子有機太陽能電池研究取得進展

2020-12-03 同花順財經

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有機太陽能電池作為新一代太陽能電池技術近年來受到廣泛關注。相比較於傳統的矽基太陽能電池，有機太陽能電池具有成本低、柔性、可大面積印刷製備等優點。

目前製備高效有機太陽能電池的主流策略是使用聚合物給體和非富勒烯受體材料構建活性層。但聚合物材料在製備過程中通常存在分子量和分散度難以精確控制、難提純、材料的批次穩定性差等問題，相應製備的有機太陽能電池效率的重複性降低，不利於大規模商業化應用。

而有機小分子的分子量確定，可以精確合成，易於提純，批次穩定性好，有利於大規模製備。因此，全小分子有機太陽能電池具有較高的商業化應用潛力。但由於全小分子電池給體和受體都為小分子結構，使得其難以形成像聚合物薄膜那樣較為理想的雙連續互穿網絡形貌。過強的給體結晶會使給體與受體嚴重共混，而太弱則不利於給體分子間緊密的π-π堆積，從而降低電荷傳輸。所以全小分子電池中難以調控的相形貌，致使其光電轉化效率一直處於較低水平。

近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所葛子義團隊報導了一種具有13.34%光電轉化效率的非富勒烯全小分子有機太陽能電池，這是目前已報導的全小分子有機太陽能電池的最高效率之一。

研究發現使用雙氟原子修飾基於苯並二噻吩(BDT)單元的小分子給體的側基，能有效提升器件電壓，降低分子結晶性，改善相分離形貌；同時氟原子的引入能促使分子間更緊密的π-π堆積，從而使器件的效率獲得顯著提升。

該研究進一步系統分析了不同取代位置和個數的氟化對於器件性能和分子堆積的影響，發現單氟取代對小分子的π-π堆積影響較小，並且其主要通過降低分子的HOMO能級來提升器件性能。

而BDT連接的上下噻吩側基的雙氟化，則有利於形成F-H的非價鍵力作用，分子扭轉角最小，最利於材料的共軛平面堆積，進而得到最高的光電轉化效率。相關成果以13.34%Efficiency Non-fullerene All-Small-Molecule Organic Solar Cells Enabled by Modulating the Crystallinity of Donors via a Fluorination Strategy為題發表在《德國應用化學》雜誌上。

來源: pv-tech

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