顏河：含硒雜環非富勒烯受體製備效率超過16%的有機太陽能電池

2020-10-15 知研光電材料

小分子受體（SMA）具有許多吸引人的特性，並能夠實現富勒烯受體無法實現的高效有機太陽能電池（OSC），因此得到了廣泛的研究關注。最近，以Y6為代表的新型小分子受體以及其衍生物受到廣泛關注，以Y6為受體製備的高性能OSC其文獻效率高達15.7%。Y6的發現啟發了OSC領域對這類重要材料的結構性能關係進行研究，並對其進行了進一步的修飾改性。

香港科技大學顏河課題組設計併合成了兩個來源於Y6的硒取代SMA，用於製備有機導電材料。 由於缺電子中心部分上硒取代位置的不同，它們表現出不同的吸收和光電性質。 製備器件時，PM6：Y6-Se共混物的薄膜形貌形成了合適的相分離，從而使激子解離效率更高，電荷輸運更好，電荷複合程度更低。 結果表明，PM6：Y6-Se器件的PCE最高，為16.02%，VOC為0.82V，JSC顯著提高，JSC為25.47 mA cm-2，電壓損耗為0.49V，優於PM6：Y6(15.67%)和PM6：Y6-2Se器件(14.94%)，表明PM6：Y6-2Se器件的性能優於PM6：Y6-2Se器件(15.67%)和PM6：Y6-2Se器件(14.94%)。 我們的工作揭示了基於Y6的SMA的另一種結構-性質-性能關係，並強調了適量取代硒原子對於優化SMA的吸收和聚集性能，最終提高OSC性能的重要意義。

相關焦點

  • 【前沿技術】用發光受體分子提高非富勒烯有機太陽能電池效率
    獲取更多信息，請關注我們 德國埃爾朗根-紐倫堡大學的研究人員分析了能級偏移對非富勒烯有機太陽能電池效率的影響，指出提高效率的關鍵是研發可發光的受體分子。有機太陽能電池具有一定柔性，能大面積印刷，可為載具、建築分布式供電，功率轉換效率已達到16%，但與無機太陽能電池仍有一定差距。這種電池利用供體-受體界面的能級偏移產生載流子，很小的能級偏移就能增加開路電壓，但相關原理仍不清楚。研究人員以非富勒烯為受體，苯並二噻吩與喹喔啉衍生物為供體，構建了4種不同能級偏移（0~300 meV）的有機太陽能電池。
  • 新型硒雜環電子受體可用於高性能有機太陽能電池
    中國科學院化學研究所林禹澤團隊發現，具有低烏爾巴赫能量的硒雜環電子受體可用於鑄態高性能有機太陽能電池。這一研究成果於2020年10月21日在線發表在國際學術期刊《美國化學會志》上。研究人員報導了一種簡便的硒替代方法，可將有機光伏材料的烏爾巴赫能量降低至20.4 meV(Y6Se)，這是高性能有機光伏材料報導的最低值，並且非常接近典型無機/混合半導體(約15 meV)，例如晶體矽、氮化鎵和滷化鈣鈦礦。
  • 「前沿技術」用發光受體分子提高非富勒烯有機太陽能電池效率
    ---------- 獲取更多信息，請關注我們----------德國埃爾朗根-紐倫堡大學的研究人員分析了能級偏移對非富勒烯有機太陽能電池效率的影響，指出提高效率的關鍵是研發可發光的受體分子。有機太陽能電池具有一定柔性，能大面積印刷，可為載具、建築分布式供電，功率轉換效率已達到16%，但與無機太陽能電池仍有一定差距。這種電池利用供體-受體界面的能級偏移產生載流子，很小的能級偏移就能增加開路電壓，但相關原理仍不清楚。研究人員以非富勒烯為受體，苯並二噻吩與喹喔啉衍生物為供體，構建了4種不同能級偏移（0~300 meV）的有機太陽能電池。
  • 效率超16％！單組分非滷素溶劑處理的高性能有機太陽能電池
    體異質結(BHJs)有機太陽能電池(OSCs)由於其在高通量印刷製造大面積太陽能電池板和彩色半透明器件方面的巨大潛力而受到廣泛關注。近年來，由於非富勒烯受體(NFA)的快速發展，OSCs在功率轉換效率(PCE)方面取得了長足的進步，表現出高光生電荷和分離效率、低能量損耗低、吸收光譜和能級可調等顯著優點。最近，非富勒烯受體最重要的突破之一是Y6及其衍生物，這使單結OSCs的PCE增長了16％以上，並且在獲得高性能組件方面顯示出巨大潛力。
  • 新型受體製備低電壓損耗高效三元有機太陽能電池
    在過去的十年裡，本體異質結(BHJ)有機太陽能電池(OSCs)取得了快速的發展。單結器件的光電轉換效率(PCE)超過16%，疊層器件的光電轉換效率(PCE)超過17%。在三元器件中，選擇三個具有互補吸收和適當能級的活性層組分對於獲得良好的器件性能至關重要。 此外，光生載流子的能量損耗也是決定光伏性能的重要因素。 為了降低三元器件的損耗，應適當調整吸光活性材料的LUMO和HOMO水平。
  • EES:微調非富勒烯受體上側鏈取向促進OSC效率高達17.7%
    非富勒烯受體（NFA）由於其高度可調的形態與光電特性，已成為有機太陽能電池（OSC）領域中最重要的研究主題之一。 最近，Y系列NFA的飛速發展使OSC領域發生了巨大轉變，製備的相應器件效率現已超過17%。
  • 黃飛:效率超14%!單組分非滷素溶劑處理的高性能有機太陽能電池
    體異質結(BHJs)有機太陽能電池(OSCs)由於其在高通量印刷製造大面積太陽能電池板和彩色半透明器件方面的巨大潛力而受到廣泛關注。近年來，由於非富勒烯受體(NFA)的快速發展，OSCs在功率轉換效率(PCE)方面取得了長足的進步，表現出高光生電荷和分離效率、低能量損耗低、吸收光譜和能級可調等顯著優點。最近，非富勒烯受體最重要的突破之一是Y6及其衍生物，這使單結OSCs的PCE增長了16％以上，並且在獲得高性能組件方面顯示出巨大潛力。
  • 北京大學:非富勒烯受體有機太陽能電池研究獲得新進展
    北極星太陽能光伏網訊:北京大學工學院佔肖衛課題組在非富勒烯受體有機太陽能電池研究中取得新進展，提出通過單邊延展合成稠環電子受體光伏材料的分子設計策略，相關工作發表在《美國化學會志》上（JACS, DOI: 10.1021.jacs.9b08988）。
  • 化學所在非富勒烯型聚合物太陽能電池研究中取得系列進展
    由於富勒烯類受體存在可見區光吸收較弱、分子能級調製範圍小、合成和提純成本較高的局限性，人們逐漸將目光轉向基於非富勒烯型聚合物太陽能電池。長期以來國內外的多個研究組聚焦於非富勒烯類受體的研究，但基於聚合物給體-非富勒烯受體的太陽能電池效率仍明顯低於聚合物給體-富勒烯受體的太陽能電池。
  • 顏河&劉峰：非富勒烯受體上不對稱烷氧基取代實現高效OSC
    近年來，高性能非富勒烯受體（NFA）的出現徹底改變了有機太陽能電池（OSC）領域的發展，這是因為NFA可以提供容易調節的化學結構和能級，從而實現高效率和高穩定性。目前，光電轉換效率（PCE）超過16%的幾種最先進的NFA大多數基於Y系列。其中最典型的Y系列NFA受體當屬Y6，它可以實現較小的電壓損失（0.5 V），同時保持出色的短路電流密度（Jsc）和填充係數（FF）。
  • 非富勒烯小分子受體的烷基鏈工程用於溶液加工有機太陽能電池
    溶液處理有機太陽能電池（OSCs）由於其成本低、重量輕、靈活性強等優點，在過去的三十年裡受到了廣泛的關注。通過開發新的光活性給體和受體材料，有機太陽能電池的光電轉換效率（PCE）已超過17%。與傳統的富勒烯受體相比，非富勒烯受體（NFA）具有低帶隙、能級可調、近紅外吸收強、平面性好、結晶度可調等優點。基於NFA的OSC不僅具有更高的PCE，而且在某些情況下還具有更好的操作穩定性。
  • 顏河&劉峰AEM:非富勒烯受體上不對稱烷氧基取代實現高性能OSC
    近年來，高性能非富勒烯受體（NFA）的出現徹底改變了有機太陽能電池（OSC）領域的發展，這是因為NFA可以提供容易調節的化學結構和能級，從而實現高效率和高穩定性。目前，光電轉換效率（PCE）超過16%的幾種最先進的NFA大多數基於Y系列。
  • 非富勒烯有機太陽能電池:有望成為新一代太陽能電池!
    （圖片來源：MIT）儘管有機太陽能電池的優點很多，然而其「光電轉化效率」一直無法與無機太陽能電池媲美。然而可喜的是，近年來，有機太陽能電池光電轉化效率已增至10%以上，達到了可商業化應用的水平。（圖片來源：UNIST）在這項研究中，科研團隊成功地使用位於光學活性層中的一種非富勒烯受體，在有機太陽能電池中實現了12.01%的光電轉化效率。
  • 揮發性固體添加劑在非富勒烯有機太陽能電池中的應用
    OSCs的光伏性能很大程度上依賴於有機活性層的微觀形貌，主要由電子給體和電子受體兩種材料共混組成。在有機材料的溶液加工過程中，使用高沸點溶劑添加劑是優化活性層形貌的主要方法之一，該方法能夠有效地提高器件的光伏性能。但是，殘留的高沸點溶劑會嚴重影響器件的穩定性以及重現性，使這種方法在有機太陽能電池的大規模生產中面臨嚴重的問題。
  • 南科大何鳳團隊合成非富勒烯三維網絡結構的高效太陽能電池受體材料
    有機非富勒烯小分子受體材料由於設計合成簡單，在可見光甚至是近紅外區域有較強吸收，且能級可調，因而近年來受到了越來越多的關注，其研究也取得了突破性進展。尤其是基於稠環單元的小分子受體材料，通過優化其稠環單元結構，調整烷基側鏈，以及引入滷原子等方法，可以使其單節太陽能電池的能量轉換效率突破16%。其中，滷原子的引入可以有效調控這類小分子的吸收光譜以及能級分布，是一種非常簡單有效的提升非富勒烯有機太陽能電池器件性能的途徑。
  • 對稱誘導有序組裝實現基於苝二亞胺高性能非富勒烯OSC
    有機半導體的可控組裝為深入了解其結構與性質關係開闢了一條途徑，在此基礎上，辨別有機半導體的組裝可以實現相關性能的改善。然而，對其分子可控性的詳細研究目前仍具有挑戰性。基於苝二亞胺（PDI）的有機太陽能電池（OSC）發揮著巨大優勢，這是由於含PDI的活性層在其匹配的光吸收下可製備出高電壓輸出的前電池。此外，PDI部分在單組分OSC中顯示出重要作用，同時也顯著提高了這些製備工藝簡單的OSC的穩定性。儘管如此，基於PDI的OSC的性能仍然遠遠落後，更多的研究工作應致力於探索更多的新型PDI分子，以實現更高效的OSC。
  • 基於隨機聚合策略合成形態可控以及高性能的有機太陽能電池材料
    開發高性能的給體聚合物對於非富勒烯有機太陽能電池（NF-OSC）至關重要，這是因為目前先進的非富勒烯受體只有與具有合適能級的匹配給體結合才能發揮良好的性能。近日，香港科技大學顏河教授與北卡羅來納州立大學Harald Ade教授合作開發了基於隨機聚合策略而合成一系列給體聚合物材料。研究成果發表在新一期的《Advanced Materials》上。該研究通過改變分子結構和分子量來控制給體聚合物的良好形態和高穩性能。
  • 非滷代溶劑延遲處理方法製備高效非富勒烯OPV
    使用非滷代溶劑是規模化生產聚合物太陽能電池(PSCs)的重要要求之一。然而，目前高性能的PSCs大多是使用滷代溶劑來獲得的，得以保證良好的溶解性和形貌。最近，四川大學彭強教授和香港科技大學顏河教授聯合報導了使用非滷溶劑(甲苯)製備的高性能PSCs，效率達到了17.33%。
  • Y18：調節非富勒烯受體的缺電子核心得到超17%單節有機太陽能電池
    在開發高性能非富勒烯有機太陽能電池（OSC）方面，尋找有效的分子設計策略以實現高效的電荷產生和較小的能量損耗是長期存在的挑戰。最近，中南大學鄒應萍教授和中國科學院的李永舫教授聯合報導了Y系列非富勒烯受體，它具有缺電子稠環核結構(典型的Y6)，這為實現高外部量子效率(~ 80%)同時保持低能量損失(~ 0.57 eV)打開了新的大門。
  • npj: 有機太陽能電池供體-受體材料
    ，有機太陽能電池的能量轉換效率已經超過了17%。從發表論文數據來看，超過百分之六十的研究論文主要致力於建立新的分子結構與其光伏特性之間的關係。然而，這種傳統研究方法包括對化學合成、供體/受體材料匹配和器件製備進行精細控制及優化，需要大量的資源投入和較長的研究周期。因此有機光伏材料的開發速度一直較慢，限制了有機光伏產業的實際商業應用。