北理工課題組在全小分子有機(jī)太陽能電池構(gòu)筑及性能優(yōu)化方面取得進(jìn)展
發(fā)布日期：2023-03-19 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院 攝影：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：段凱龍 審核：王振華 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院王金亮教授與安橋石特別研究員課題組在國際頂級期刊ACS Energy Letters（IF:23.9）發(fā)表題目為“Controlling Morphology and Voltage Loss with Ternary Strategy Triggers Efficient All-Small-Molecule Organic Solar Cells”的研究論文。北京理工大學(xué)為第一通訊單位，北京理工大學(xué)安橋石特別研究員、王金亮教授和北京交通大學(xué)張福俊教授為共同通訊作者，碩士研究生蔣夢云為第一作者。
開發(fā)和利用高效清潔能源是國家能源戰(zhàn)略中亟需解決的重大科學(xué)問題，也是我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措。有機(jī)太陽能電池（OSCs）是一種有潛力的綠色光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，它的獨(dú)特優(yōu)勢為其商業(yè)化應(yīng)用提供了廣闊空間。由于小分子材料具有明確的分子結(jié)構(gòu)、批次間穩(wěn)定性好、易制備和純化等優(yōu)勢，全小分子OSCs（ASM-OSCs）具有商業(yè)化生產(chǎn)的巨大潛力。但ASM-OSCs有源層形貌難以調(diào)控，電壓損失較高，其效率仍落后于其他類型OSCs。
在本項(xiàng)研究中，研究者采用了新興小分子受體L8-BO作為第三組分，摻入到主體系B1:BO-4Cl中。理論計(jì)算、形貌表征、晶體學(xué)研究表明，結(jié)構(gòu)相似的雙受體L8-BO和BO-4Cl間具有良好的兼容性，更傾向于形成“類合金態(tài)”，有助于調(diào)控有源層內(nèi)給受體的相分離和分子堆積，提高激子的利用率。其次，由于L8-BO相較于主體系中受體BO-4Cl具有較高的LUMO能級，因此“類合金”的形成也有助于降低器件的電壓損失。通過改變第三組分在受體中的含量，不僅可以改善有源層的形貌，還可以平衡器件的短路電流密度和電壓損失。當(dāng)L8-BO在受體中的含量為20%時，器件效率達(dá)到17.10%，為該類器件的最高效率值之一。文章首次提出培養(yǎng)晶體的方法證明兩種分子的兼容性，并闡明三元策略是一種有效同步改善ASM-OSCs能量損失和有源層形貌的方法。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金，北京市自然科學(xué)基金和北京理工大學(xué)青年教師學(xué)術(shù)啟動計(jì)劃等項(xiàng)目的資助及北京理工大學(xué)分析測試中心的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c02348
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