北理工在有機太陽能電池構筑及性能優化方面取得進展
發布日期：2021-07-18 供稿：化學與化工學院 攝影：化學與化工學院
編輯：隆哲源 審核：王振華 閱讀次數：
近日，北京理工大學化學與化工學院碩士研究生蔣夢云以第一作者身份在國際頂級期刊Energy Environmental & Science (IF: 38.5)發表題目為“Rational compatibility in a ternary matrix enables all-small-molecule organic solar cells with over 16% efficiency”的研究論文，此論文被選為該雜志2021年第7期的Front Cover。北京理工大學為第一通訊單位，北京理工大學安橋石特別研究員、王金亮教授和北京交通大學張福俊教授為共同通訊作者，本研究得到了國家自然科學基金，北京市自然科學基金和北京理工大學青年教師學術啟動計劃等項目的資助及北京理工大學分析測試中心的支持。
《Energy Environmental & Science》2021年第7期雜志封面及器件優化原理
環境污染和能源危機是當今世界面臨的兩大難題，開發和利用高效率清潔能源是國家能源戰略中亟需解決的重大科學問題，也是我國實現可持續發展的重要舉措。有機太陽能電池（organic solar cells，OSCs）是一種有潛力的綠色光電轉換技術，其具有原材料豐富、質量輕、柔性、半透明、多彩、可大面積制備等優點，已成為當今新能源領域最富活力和生機的研究前沿之一。OSCs的獨特優勢為其商業化應用提供了廣闊的空間，有助于實現與其它類型太陽能電池形成互補，以及填補光伏市場在柔性和半透明器件方面的缺位。由于小分子材料具有結構簡單、明確，易合成，易提純，批次穩定性好等優勢，全小分子OSCs有潛力成為最適合產業化的光伏器件。為制備出高效率的全小分子器件，研究者選擇了具有合理兼容性的三種小分子材料B1，BO-4Cl和Y7作為器件的有源層。受體分子Y7與BO-4Cl兼容性最好，而給體B1與受體Y7的兼容性最差。在混合薄膜中兩種受體分子傾向于形成類合金態，通過調控兩種受體材料的比例，能夠有效改善有源層的分子排布，結晶程度及大小，從而促進電荷的傳輸與收集。而B1與 Y7分子間較大的相互作用力可以優化給受體相分離，提升激子的解離效率。當Y7在受體中的含量為10%時，器件的最優效率達到16.28%，為當前全小分子OSCs的最高值。
雙給體協同作用助力高效率三元有機太陽能電池
基于聚合物雙給體S3和PM6，研究者設計并制備出效率超過17.5%的三元OSCs，器件效率的提升主要歸因于其短路電流，開路電壓和填充因子的同時提高。雙給體材料具有互補的吸收光譜和較好的兼容性，這有利于改善有源層的光子俘獲和形貌，進而提升器件的短路電流和填充因子。此外，相較于PM6, S3具有較高的HOMO能級，有助于降低三元器件的非輻射能量損失，進而提升器件的開路電壓。該論文為利用雙給體分子制備高效率三元OSCs提供了新的策略。
該論文發表于Energy Environmental & Science 2020年第12期，論文的題目為“Two compatible polymer donors contribute synergistically for ternary organic solar cells with 17.53% efficiency”。北京理工大學為第一通訊單位，北京理工大學安橋石特別研究員為第一作者及通訊作者，南方科技大學孫會靚副研究員為共同通訊作者。該論文自發表以來共計被引34次，入選最新一期的ESI熱點和高被引論文。本研究得到了國家自然科學基金，北京理工大學青年教師學術啟動計劃等項目的資助及北京理工大學分析測試中心的支持。
文章鏈接：
1.https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d1ee00496d#!divAbstract
2.https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/d0ee02516j#!divAbstract
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