中科院化學研究所在全聚合物太陽能電池研究中取得新進展

2020-12-01 北極星太陽能光伏網

北極星太陽能光伏網訊:聚合物太陽能電池一般由氧化銦錫(ITO)透明正極、金屬負極和夾在兩電極之間由共軛聚合物給體和富勒烯衍生物受體組成的共混活性層所構成，具有結構和製備過程簡單、成本低、重量輕、可製備成柔性器件等突出優點，成為近年來國內外研究熱點。全聚合物太陽能電池使用n-型聚合物取代富勒烯衍生物作受體，可以克服富勒烯受體存在的可見光區吸光弱、能級調控範圍窄、光化學不穩定、形貌穩定性差等缺點，近年來受到研究者的關注。不過，儘管這一概念早在1995年就已經提出，然而由於p-型和n-型聚合物共混活性層形貌調控上的困難，往往難以形成納米尺度相分離的給體/受體互穿網絡結構，導致電子傳輸性能和器件效率較低，使全聚合物太陽能電池的能量轉換效率長時間停滯不前。近年來，人們通過使用n-型共軛聚合物N2200為受體、高效窄帶隙p-型聚合物為給體，使全聚合物太陽能電池的能量轉換效率從2%左右逐步提高到了接近7%的水平。

在中國科學院戰略性先導專項的支持下，中科院化學研究所有機固體院重點實驗室研究員、中科院院士李永舫課題組科研人員，最近在全聚合物太陽能電池的研究方面取得新進展。他們使用基於噻吩取代苯並二噻吩和氟取代苯並三氮唑的中間帶隙二維共軛D-A共聚物J51（分子結構見下圖，Chem.Mater.2012，24,3247-3254）為給體、n-型窄帶隙聚合物N2200為受體製備了全聚合物太陽能電池，通過器件優化實現了8.27%的能量轉換效率，為全聚合物太陽能電池迄今文獻報導的最高值。這一高效率得益於聚合物給體與受體吸收光譜互補、氟取代二維共軛聚合物J51給體較低的HOMO能級和較高的空穴遷移率，以及使用了他們開發的苝醯亞胺類PDINO陰極界面修飾層材料(EnergyEnviron.Sci.2014,7,1966-1973)。這一結果最近發表在《先進材料》上（Adv.Mater.2016,28,1884–1890）。

(a)給受體聚合物材料的分子式和吸收光譜圖；(b)J51:N2200器件的電流密度-電壓曲線；(c)外量子轉化效率。

北極星太陽能光伏網聲明：此資訊系轉載自北極星電力網合作媒體或網際網路其它網站，北極星太陽能光伏網登載此文出於傳遞更多信息之目的，並不意味著贊同其觀點或證實其描述。文章內容僅供參考。

相關焦點

  • 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
    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 2016-07-01 化學研究所 【字體此後，該實驗室的研究人員採用聚合物PBDB-T與多種非富勒烯受體材料共混製備光伏器件，研究結果表明，該聚合物十分適合用於製備高效率的非富勒烯型聚合物太陽能電池。基於此，科研人員取得了一系列研究進展Org. Electron.
  • 中科院太陽能電池材料研究取得新進展
    中科院大連化學物理研究所潔淨能源國家實驗室太陽能研究部、催化基礎國家重點實驗室分子催化與原位表徵研究組（503組）李燦院士、張文華研究員領導的小組在太陽能電池新材料硒化錫（SnSe）的合成研究中取得進展。
  • 瀋陽：中科院金屬研究所聚合物基固態電池研究取得新進展
    然而，傳統的鋰離子電池越來越接近其能量密度的極限，使用易燃有機電解液也使其安全性受到嚴峻的考驗。因而亟需開發下一代兼具高能量密度和高安全性的電化學儲能器件。固態電池是採用固態電解質代替液態電解質的新型電化學儲能器件，其具有安全性能高和能量密度高的特點。
  • 化學所在聚合物太陽能電池研究方面取得新突破
    聚合物太陽能電池一般由共軛聚合物給體和富勒烯衍生物受體的共混膜夾在ITO透明正極和金屬負極之間所組成，具有結構和製備過程簡單、成本低、重量輕、可製備成柔性器件等突出優點，近年來成為國內外研究熱點。結構規整的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和可溶性C60衍生物PCBM是最具代表性的給體和受體光伏材料。
  • 南科大郭旭崗團隊在太陽能電池領域取得系列研究進展
    近期，南方科技大學材料科學與工程系（簡稱「材料系」）教授郭旭崗課題組在有機和鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要研究進展，先後在材料和化學領域高水平期刊連續發表6篇論文，包括《先進材料》(Advanced Materials) 2篇，《中國科學：化學》（SCIENCE CHINA Chemistry
  • 綜述:聚合物/富勒烯太陽能電池的研究進展
    ，可溶液製備的聚合物太陽能電池因其具有成本低，重量輕、柔性好、顏色可調、易於製備大面積、半透明電池板等獨特的優點而成為近年來可再生能源研究領域的熱點。Heeger教授組發現了共軛聚合物和富勒烯之間存在超快的電荷轉移，並在1995年實現了由溶液製備的聚合物/富勒烯衍生物PCBM體異質結太陽能電池。此後，在過去的20餘年裡，人們先後在共軛聚合物吸光材料的設計與合成、器件的工作機理、活性層形貌與電子給-受體分相行為的調控、界面層的影響與低成本器件工藝等方面做了大量的研究並取得了很多突破性的進展，使得聚合物太陽能電池的效率提高至11%左右。
  • 中科院化學所在染料敏化太陽能電池研究領域取得新進展
    染料敏化太陽電池因其材料來源廣泛、成本低廉、光電轉化效率高而受到廣泛關注。在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，化學所新材料實驗室相關研究人員在染料敏化太陽能電池相關研究方面取得了一系列進展。 染料是染料敏化太陽電池中的關鍵組成成分。新材料實驗室研究人員通過材料結構設計和合成，在聯吡啶釕染料（Inorg.
  • 高效率有機太陽能電池研究取得進展
    相對於傳統的無機太陽能電池，新一代的有機太陽能電池（OPV）具有獨特的優勢和應用前景，提高其光電轉化效率是該領域的主要研究內容之一。
  • 福建物構所有機太陽能電池材料研究獲得新進展
    導讀：最近，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研究員團隊發展了一類共軛骨架上無sp3碳的非富勒烯受體材料體系，並提出利用「鄰位側鏈」的位阻效應來抑制受體材料分子的過度聚集。
  • 全聚合物非富勒烯疊層太陽能電池
    基於全聚合物給受體材料的有機光伏器件近年來取得了突破性進展。聚合物電子受體材料可以很好的彌補傳統富勒烯受體材料在可見和近紅外區域的吸光係數較低，化學結構修飾困難，相區熱穩定性差等缺點。同時聚合物受體材料具有良好的機械性能和形貌穩定性。
  • 有機太陽能電池研究取得進展
    面對能源的巨大需求和日趨嚴重的環境汙染問題，太陽能是大自然賦予人類的一個取之不盡、用之不竭的能源寶庫，新型的太陽能電池技術得到了廣泛的重視。有機太陽能電池（OSC）具有質量輕、超薄、柔性、易於大面積製備等諸多優點，在可攜式、柔性電池、光伏建築供能等領域具有廣闊的應用前景。
  • 化學所有機太陽能電池中電荷轉移機理研究獲進展
    近年來，有機太陽能電池(OPV)領域取得了迅猛發展，其光電轉化效率已經突破了15%，展現了光明的應用前景。從光活性材料的化學結構特點理解OPV中電荷轉移機理，特別是低能量損失下激子解離的驅動力來源，對於設計新穎材料提高電池性能具有重要意義。
  • 中科院團隊在固態電池研究領域獲進展
    記者9月25日從中國科學院金屬研究所獲悉，該所瀋陽材料科學國家研究中心先進炭材料研究部新型電化學材料與器件團隊，近期在聚環氧乙烷基高性能電解質和固態電池方向取得進展，>提高全固態聚合物鋰電池循環使用次數和穩定性，並實現在室溫和低溫下的優異電化學性能。
  • 福建物構所有機太陽能電池材料研究獲進展
    在幾種不同類型的受體材料中，以acceptor-donor-acceptor（A-D-A）為骨架構型的小分子受體材料的研究較為廣泛。近年來，得益於眾多A-D-A型非富勒烯受體材料的開發，有機太陽能電池的光電轉換效率取得進展。目前，A-D-A型非富勒烯受體材料大多需要有sp3雜化的橋碳原子，這是因為通過橋碳原子上的烷基側鏈（或芳香烷基側鏈）能夠有效減少材料分子的過度聚集同時提升材料溶解性。
  • 國家納米中心等在降低有機太陽能電池非輻射複合損失研究中獲進展
    近日，中國科學院國家納米科學中心研究員周二軍與北京航空航天大學教授孫豔明、東華大學教授馬在飛合作，在降低有機太陽能電池的非輻射複合損失研究中取得進展。相關研究成果發表在Advanced Materials上。　　近十年，溶液加工製備本體異質結有機太陽能電池（OSCs）發展迅速，能量轉換效率（PCE）已超18%，但是仍落後於矽基和鈣鈦礦太陽能電池。
  • 有機太陽能電池超快動力學研究取得進展
    近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場雷射物理國家重點實驗室和蘇州大學合作，在有機太陽能電池超快動力學研究方面取得進展，研究團隊利用飛秒瞬態吸收技術研究了有機太陽能電池活性層材料，解釋了DIO添加劑對電池效率提升的貢獻，相關成果發表在《納米材料》（nanomaterials）上。
  • 降低有機太陽能電池非輻射複合損失研究獲進展
    近日，中國科學院國家納米科學中心研究員周二軍與北京航空航天大學教授孫豔明、東華大學教授馬在飛合作，在降低有機太陽能電池的非輻射複合損失研究中取得進展。相關研究成果發表在Advanced Materials上。
  • 中科院在有機太陽能電池研究方面取得進展
    近日，中國科學院國家納米科學中心納米系統與多級次製造重點實驗室研究員魏志祥、呂琨、博士鄧丹和西安交通大學教授馬偉等合作，設計併合成的可溶性有機小分子光伏材料，通過活性層形貌優化，獲得了11.3%的光電轉換效率，這是目前文獻報導的可溶性有機小分子太陽能電池的最高效率，也是有機太陽能電池的最高效率之一。
  • 全小分子有機太陽能電池研究取得進展
    圖片來源：網際網路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。
  • 福建物構所鈣鈦礦太陽能電池研究獲新進展
    迅速發展到目前25.5%的認證效率，被視為最具有應用潛力的新型高效率太陽能電池之一。雖然鈣鈦礦太陽能電池具有很高的光電轉換效率已與多晶矽薄膜電池相媲美，但是電池的長期穩定性遠未達到商業化的要求。此外，傳統的低溫溶液法可以便利地製備鈣鈦礦薄膜，但所製備的鈣鈦礦通常是多晶薄膜極易在晶界或表面產生針孔和缺陷。