科學網—揭示全小分子有機太陽能電池設計思路

2020-12-03 科學網

 

本報訊（記者劉曉倩）1月22日，記者從蘭州大學獲悉，該校化學化工學院張浩力課題組發現的具有雙吸電子單元的給體分子設計策略，可大幅提升全小分子有機太陽能電池使用效率，對獲得性能優越的電池具有重要的指導意義，並為全小分子電池活性層形貌的精準調控提供了有效思路。相關成果日前發表於《化學材料》。

據介紹，全小分子有機太陽能電池是以有機小分子為給體材料、稠環電子受體為受體材料的一類新型有機太陽能電池，這類電池可以充分結合小分子給體和稠環電子受體各自優勢，具有很大的研究價值和應用潛能。但是，這類電池目前研究較少、性能偏低，主要是由於性能優越的小分子給體材料的設計和活性層形貌的精準調控面臨很大的挑戰。

張浩力與北京大學工學院教授佔肖衛合作，圍繞高效全小分子有機太陽能電池，針對這兩個主要的科學問題與挑戰，取得了一系列新進展。研究人員設計合成了雙吸電子單元，基於二元電池可以得到9.2%的效率，基於三元電池可以得到10.9%的效率，這是目前該類電池的最高效率之一。該研究得到了國家重點研發計劃及國家自然科學基金的資助。

相關論文信息：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.chemmater.8b03980

《中國科學報》 (2019-01-24 第4版 綜合)

相關焦點

  • 領跑有機太陽能電池領域
    憑藉對該領域敏銳的洞察力和審慎分析，陳永勝果斷選擇了在當時具有重大風險和挑戰的新型可溶液加工處理的有機小分子和寡聚物活性材料，作為其團隊開展太陽能發電研究的主要突破點。從分子材料設計到光伏器件的製備優化，陳永勝帶領團隊馬不停蹄地展開科研攻關。
  • 異質結分子摻雜有機太陽能電池工作機理闡明
    記者27日從西安交通大學獲悉，該校金屬材料強度國家重點實驗室有機光電子材料及界面課題組提出了分子摻雜有機光伏器件中的活性層優化模型，揭示了摻雜劑在其中的作用機理並提出了一種可控的高效摻雜器件製備工藝。其相關研究成果以《異質結分子摻雜高效激子解離及長載流子壽命提升聚合物太陽能電池量子效率》為題，近日發表在美國化學會能源類旗艦期刊《美國化學會能源快報》上。有機太陽能電池的光生電荷過程包括光子吸收、激子解離、電荷傳輸與電荷收集四個基本步驟。目前針對這一光電轉化過程仍然缺少有效、直接的電學性能優化手段。
  • 有機太陽能電池:綠色能源未來的新選擇
    而基於有機高分子材料作為光敏活性層的有機太陽能電池，具有材料結構多樣性、可大面積低成本印刷製備、柔性、半透明甚至全透明等優點，具有無機太陽能電池技術所不具備的許多優良特性。除了作為正常的發電裝置外，在其他領域如節能建築一體化、可穿戴設備等方面亦具有巨大的應用潛力，引起了學術界和工業界的極大興趣。
  • 有機太陽能電池光電轉化率達12.7%
    他們利用寡聚物材料的互補吸光策略構建了一種具有寬光譜吸收特性的疊層有機太陽能電池器件，實現了12.7%的光電轉化效率，這是目前文獻報導的有機/高分子太陽能電池光電轉化效率的最高紀錄。近日，該成果論文發表在英國《自然·光子學》雜誌上。　　有機太陽能電池以具有光敏性質的有機（包括高分子）材料作為半導體材料，通過光伏效應產生電壓，進而形成電流, 實現太陽能發電。
  • 幸運的少數:打造高效人工全葉綠素太陽能電池—新聞—科學網
    人們不禁想像，能否仿照大自然的造物，用葉綠素造一塊太陽能電池？ 吉林大學物理學院教授王曉峰的課題組與日本立命館大學和長浜生物科學技術大學的研究團隊合作，在ACS Energy Letters上發表論文，開發出了兩種不同結構的雙層或三層全葉綠素的生物太陽能電池，僅由葉綠素衍生物作為光敏材料的生物太陽能電池，實現了4.2%的高光電轉換效率。
  • 新型有機太陽能電池:將含能電子關起來—新聞—科學網
    科技日報合肥3月3日電 （記者吳長鋒）記者從中國科大獲悉，該校微尺度物質科學國家研究中心羅毅教授領導的研究小組江俊教授利用第一性原理計算，提出了首個自適應開關的有機分子太陽能電池設計
  • 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。
  • 領跑有機太陽能電池領域 ——訪2018年度國家自然科學獎二等獎獲得...
    憑藉對該領域敏銳的洞察力和審慎分析，陳永勝果斷選擇了在當時具有重大風險和挑戰的新型可溶液加工處理的有機小分子和寡聚物活性材料，作為其團隊開展太陽能發電研究的主要突破點。　　從分子材料設計到光伏器件的製備優化，陳永勝帶領團隊馬不停蹄地展開科研攻關。
  • 綜述：基於DTP結構的高效有機/鈣鈦礦太陽能電池材料的設計
    有機太陽能電池(OSCs)和鈣鈦礦太陽能電池(PVSCs)是通過關鍵有機光伏材料的分子設計實現溶液加工性和性能可行性的新興光伏技術。，以期對材料設計和器件策略提出見解，以獲得更高的功率轉換效率和穩定的太陽能電池性能。
  • 為鈣鈦礦太陽能電池商業化鋪路—新聞—科學網
    8月，上海交通大學、瑞士聯邦洛桑理工學院、日本衝繩理工大學、吉林大學、上海光源等合作單位通過聯合攻關，在全無機鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要進展，相關成果發表在《科學》上。 張立軍是這篇論文的通訊作者之一，論文是關於三維全無機鈣鈦礦以及其在太陽能電池領域的應用。他告訴記者：「相對於三維鈣鈦礦，二維層狀鈣鈦礦的優勢更顯著，正在成為鈣鈦礦太陽能電池的研究熱點。」
  • 【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。
  • 南開大學陳永勝教授:有機太陽能電池,綠色能源未來的新選擇
    而基於有機高分子材料作為光敏活性層的有機太陽能電池，具有材料結構多樣性、可大面積低成本印刷製備、柔性、半透明甚至全透明等優點，具有無機太陽能電池技術所不具備的許多優良特性。除了作為正常的發電裝置外，在其他領域如節能建築一體化、可穿戴設備等方面亦具有巨大的應用潛力，引起了學術界和工業界的極大興趣。
  • 科學網—有機太陽能電池進化出「新物種」
    透明導電聚合物的電極材料是導電聚合物的一個重要應用領域，有機太陽能電池就是利用共軛聚合物或共軛有機分子這種有機半導體材料做成的。」李耀文告訴《中國科學報》。 與以矽為代表的無機半導體材料相比，有機半導體具有成本低、材料多樣性、功能可調、可柔性印刷製備等諸多優點。因此，有機太陽能電池的研究熱度不斷攀升。特別是近年來，有機太陽能電池的研究獲得了突飛猛進的發展，其光電轉化效率不斷刷新。
  • 福建物構所共價有機框架材料太陽能轉化電化學能研究獲進展
    王要兵課題組博士呂江泉對其進行了詳盡的光化學/電化學的表徵，揭示了NT-COF內部從TPA到NDI單元高效的分子內電荷轉移以及該材料高度可逆的電化學反應。以NT-COF為鋰離子電池的陰極材料，光照下，充電電壓降低0.5 V，放電電壓增大0.5 V，整個電池的效率提高了38.7%，實現了對太陽能的有效利用。
  • 最高效全小分子有機太陽能電池之一
    蘇州大學李永舫課題組合理設計了一種新型的寬帶隙給體小分子材料，基於此的器件表現出13.9%的目前最高效率之一，且非輻射複合損耗非常小，為有機太陽能電池材料的設計提供了另一種思路。基於共軛聚合物或小分子的電子給體與小分子受體，組成的給受體本體異質結溶液製備法的有機太陽能電池被廣泛研究。最近由p型共軛聚合物給體與n型非富勒烯小分子受體而成的有機太陽能電池功率轉換效率突破了16%，具有光明前程。但是由於聚合物的批次差異問題，不可避免的會導致器件的重複性較差。
  • 中國科學報:有機太陽能電池光電轉化效率世界之「最」誕生記
    而基於有機高分子材料作為光敏活性層的有機太陽能電池，具有材料結構多樣性、可大面積低成本印刷製備、柔性、半透明甚至全透明等優點，具備其他太陽能電池技術所不具有的許多優良特性。除了作為正常的發電裝置，在其他領域如節能建築一體化、可穿戴設備等方面亦具有巨大的應用潛力，引起了學術界和工業界的大量研究。
  • 科學家嘗試用有機顏料為太陽能電池設計帶來穩定性
    據外媒報導，自從科學家2009年首次描述了鈣鈦礦太陽能電池以來，相關技術已經取得了飛躍式的發展，在最近的設計中，效率從4%左右提高到了20%甚至更高的水平。然而，有一個缺點是，這種電池具有不穩定性的性能。
  • 「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。
  • 科學家用有機顏料為太陽能電池設計保持效率,帶來穩定性
    打開APP 科學家用有機顏料為太陽能電池設計保持效率，帶來穩定性 cnBeta.COM 發表於 2020-12-04 14:29:31
  • 科學家研製純相二維層狀鈣鈦礦太陽能電池—新聞—科學網
    科研團隊首次成功實現了純相的二維鈣鈦礦薄膜及其高穩定性太陽能電池。 中國科學院院士、西北工業大學柔性電子前沿科學中心首席科學家黃維、南京工業大學先進材料研究院教授陳永華和澳門大學應用物理與材料工程研究院教授邢貴川，首次報導了通過前驅體離子間配位作用、分子間相互作用調控獲得近單分散的鈣鈦礦前驅體膠束粒子中間相，通過溶劑揮發獲得不同量子阱寬度的純相二維鈣鈦礦薄膜。