簡單液晶小分子可調節有利的形態演變,促使三元OSC效率超過17%

2021-01-13 知研光電材料

液晶小分子（LCSM）可作為調節活性層形態並提高三元有機太陽能電池（TOSC）性能的有效添加劑。然而，目前基於有效LCSM的TOSC的研究大多超出了液晶相變溫度，這並不利於準確揭示LCSM對TOSC形態演變的影響，而且LCSM的內部工作機制也尚未有過系統和深入的研究。

鑑於此，近日江西師範大學陳義旺&廖勳凡等人設計併合成了一種具有低液晶相變溫度的結構簡單的D-A-D型小分子LCSM，DFBT-TT6，作為第三組分以構建基於高效的非富勒烯體系PM6：Y6的 TOSC。同時，為了揭示LCSM在TOSC性能上的工作機制並同時消除其它幹擾，研究人員也進一步合成了結構相似的，具有低玻璃態轉變溫度的非LCSM，DFBT-DT6，以進行更為清晰的比較。

研究人員發現，當添加DFBT-TT6可以精確控制PM6：Y6的結晶度和相分離，僅用3 wt%的DFBT-TT6即可獲得最佳的形態。相反，非LCSM的DFBT-DT6對形態調節的影響可忽略不計，這表明LCSM在形態控制中的獨特能力。為揭示其中潛在的工作機理，通過對TOSC的混溶性和潤溼係數的綜合研究，結果說明LCSM DFBT-TT6與PM6：Y6具有良好的相容性。也因此，DFBT-TT6更傾向於位於PM6和Y6的界面，並且在能量上有利於電荷轉移。上述有利的形態演變與改善的結晶度，相分離，電荷轉移，激子離解和收集效率有關，最終將TOSC的光電轉換效率從15.76％提高到17.05％，短路電流密度高達26.56 mA/cm2。

這項工作不僅系統地揭示了LCSM在形態調控中的作用機理，而且提出了使用具有合適液晶相變溫度的LCSM以促進TOSC發展的有效策略。相關研究成果發表在《Chemistry of Materials》上，題為「Regulating Favorable Morphology Evolution by a Simple Liquid-Crystalline Small Molecule Enables Organic Solar Cells with over 17% Efficiency and a Remarkable Jsc of 26.56 mA/cm2」。

文獻地址：

https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c04297

相關焦點

  • 張茂傑&葉龍：17.6%效率！聚合物有機太陽能電池
    目前，商品化的聚合物給體PM6在有機太陽能電池(OSCs)中得到了廣泛的應用，並達到了最高的光電轉換效率(PCE)。為了充分發揮其在OSC中的光伏潛力，精細調節分子結構，進一步優化相關活性層的形貌具有重要意義。
  • 通過促進電荷分離實現超過17.5%效率的三元有機太陽能電池
    三元共混是實現有機太陽能電池（OSC）高效的有效策略。最近，中國科學院李永舫院士、張佔軍教授合成了一種非富勒烯小分子受體(C8-DTC)，並將其作為第三組分添加到PM6：Y6體系中。在PM6：Y6系統中加入10%的C8-DTC作為第二受體，在提高開路電壓、短路電流密度和填充因子的同時，獲得了17.52%的功率轉換效率。
  • 保秦燁課題組:引入DRTB-T-C4提高三元OPV光電轉化效率超17%
    由於非富勒烯受體(NFA)具有寬光譜吸收和高電子遷移率的特性，對於單節電池由給體和受體組合的本體異質結OSC的光電轉換效率(PCE)已超過17%。為了進一步改進PCE，華東師範大學電子工程系極化材料與器件教育部重點實驗室保秦燁教授課題組建立了三元OSCs，它將兩個給體和一個受體或一個給體和兩個受體集成到一個光活性層中，以增強光捕獲能力，同時三元器件保持了正常二元器件的製造工藝的簡單性。
  • 李永舫&張佔軍：低沸點、低成本添加劑DFB有效提高OSC的性能
    有機太陽能電池（osc）由於其結構簡單、重量輕、可製成柔性半透明器件等優點，近年來受到越來越多的研究關注。近年來，由於ITIC、Y6等低帶隙小分子受體和帶隙共軛聚合物給體以及PM6、J71、PTQ10等聚合物給體的發展，有機電致發光材料的光電轉換效率(PCE)有了很大的提高。除了新的光伏材料外，研究人員還開發了一些器件優化策略來改善OSCs的PCE，如溶劑添加劑處理和熱退火。
  • 李永舫&張佔軍:低沸點、低成本添加劑DFB有效提高OSC的性能
    有機太陽能電池（osc）由於其結構簡單、重量輕、可製成柔性半透明器件等優點，近年來受到越來越多的研究關注。近年來，由於ITIC、Y6等低帶隙小分子受體和帶隙共軛聚合物給體以及PM6、J71、PTQ10等聚合物給體的發展，有機電致發光材料的光電轉換效率(PCE)有了很大的提高。
  • 三元有機太陽能電池:效率17.22%
    近年來，三元策略在提高有機太陽能電池性能方面已展露出很大的潛力，成為有機光伏領域的研究熱點。張福俊教授課題組長期專注於三元有機光伏器件物理方面的研究，提出了研究三元體系中激子和載流子動力學的新方法、新手段，以及理解合金模型的微觀機制。
  • 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%。
  • 基於烷基苯側鏈的免退火高效有機太陽能電池小分子電子受體策略
    在這一貢獻中，中國科學院寧波材料技術與工程研究所葛子義和宋書林等人開發了兩種新型的小分子電子受體C4和C6。基於C6的OSC光電轉換效率（PCE）為14.54％（VOC=0.84V，JSC=23.82 mA/cm2，FF=72.68％），遠高於基於C4的器件效率（7.28％）。PCE的差異歸因於C6與聚合物供體PM6具有極好的相容性。發現烷基苯側鏈的細微變化對共混膜的形態有很大的影響。
  • 效率17.6％的有機太陽能電池
    如今，聚合物供體PM6已廣泛應用於有機太陽能電池（OSC）中，並達到了最新的功率轉換效率（PCE）。為了充分探索其在OSC中的光伏潛力，精細地調節分子結構以進一步優化相關的活性層形態具有重要意義。近期，來自蘇州大學等單位的研究人員在《Angew. Chem. Int.
  • 效率17.6%的有機太陽能電池
    如今，聚合物供體PM6已廣泛應用於有機太陽能電池（OSC）中，並達到了最新的功率轉換效率（PCE）。為了充分探索其在OSC中的光伏潛力，精細地調節分子結構以進一步優化相關的活性層形態具有重要意義。　　近期，來自蘇州大學等單位的研究人員在《Angew. Chem. Int.
  • 效率17.22%!三元有機太陽能電池將成為光伏領域的研究熱點
    北極星太陽能光伏網訊:近年來，三元策略在提高有機太陽能電池性能方面已展露出很大的潛力，成為有機光伏領域的研究熱點。張福俊教授課題組長期專注於三元有機光伏器件物理方面的研究，提出了研究三元體系中激子和載流子動力學的新方法、新手段，以及理解合金模型的微觀機制。
  • 化學所在三元有機太陽能電池活性層形貌控制方面取得進展
    總體而言，該工作設計並實現了有機三元電池活性層新形貌，充分發揮了小分子和富勒烯電子受體在有機太陽能電池中的獨特優勢，同時實現了高開壓、高電流和高填充因子，為有機三元電池活性層形貌調控提供了新思路。　　三元共混薄膜分別選取了強結晶、寬帶隙電子給體材料BTR，弱結晶、窄帶隙電子受體材料NITI和具有強聚集和優異電子傳輸特性的富勒烯受體PC71BM，三者形成了有利的梯度電子結構和互補光吸收。
  • 新型受體製備低電壓損耗高效三元有機太陽能電池
    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。
  • 電子科大陶斯祿AFM:基於分子間氫鍵作用優化三元有機太陽能電池
    【研究成果】電子科技大學陶斯祿教授課題組通過研究三元有機太陽能電池體系中各組分分子間的相互作用，證實分子間的氫鍵作用不僅可以提升器件的效率和穩定性，同時可以改善器件對薄膜厚度及組分比例的敏感度。由形成氫鍵前後分子的ESP分析得知，氫鍵提高了富勒烯分子的靜電勢，進而促進給受體分子間的電荷解離過程。
  • 「小分子」有機太陽能電池效率將提高百分之50
    導讀： 美國科學家發現，通過簡單改造，「小分子」有機太陽能電池的能源效率即可提高50%。這一發現有望幫助太陽能電池行業開拓新思路。美國科學家發現，通過簡單改造，「小分子」有機太陽能電池的能源效率即可提高50%。這一發現有望幫助太陽能電池行業開拓新思路。
  • 利用三元共聚實現對聚合物PM6 的HOMO能級的微調
    香港科技大學顏河教授團隊利用三元共聚策略，通過對聚合物PM6 HOMO能級的精細調控，實現了其和具有較高HOMO能級小分子受體的良好能級匹配。聚合物太陽能電池（PSC）憑藉其輕質、加工方式簡單、材料結構易於調節以及可製備大面積柔性器件的獨特優勢而備受關注
  • 利用三元共聚實現對聚合物PM6 的HOMO能級的微調
    ，通過對聚合物PM6 HOMO能級的精細調控，實現了其和具有較高HOMO能級小分子受體的良好能級匹配。　　聚合物太陽能電池（PSC）憑藉其輕質、加工方式簡單、材料結構易於調節以及可製備大面積柔性器件的獨特優勢而備受關注。
  • 三元有機太陽能電池活性層形貌控制研究獲進展
    ，合理選擇二元體系，構築了具有「分級結構」的三元活性層形貌，實現了光電轉化效率的大幅提升，闡釋了形貌對光電過程和器件參數的決定性影響，相關論文發表在 Nature Energy 雜誌上（DOI：10.1038/s41560-018-0234-9）。
  • 效率高達15.34%的全小分子OSCs,富勒烯添加劑可提高填充因子
    通過對電子給體結構的改進，選擇Y6作為電子受體，可獲得光電轉換效率（PCE）大於13%的ASM-OSCs。然而，填充因子（FF）是限制這些ASM-osc的PCE進一步改進的一個障礙。因此，陸仕榮團隊著重研究了以BTR-Cl:Y6為活性層，通過相溶性誘導活性層形態優化，對最近報導的ASM-OSCs進行FF改進。
  • 自動光度調節 EIZO液晶P1700評測
    自動光度調節：    FlexScan P1700是一款適合企業和家庭用戶的簡潔而可靠的17英寸LCD，非常適合文字處理的應用、網上衝浪以及動態圖像播放。FlexScan P1700有兩項功能可迅速穩定亮度並確保其經常處於舒適的水平，無論周圍環境照明條件如何。