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至化学所在低成本高效聚合物给体光伏材料方面取得进展

2021-09-20

化学所在低成本高效聚合物给体光伏材料方面取得进展 化学所在低本钱高效聚合物给体光伏材料方面获得进展 时间:2018⑶⑹ 12:34:00

聚合物太阳电池由p-型共轭聚合物给体和富勒烯衍生物或非富勒烯n-型有机半导体受体的共混活性层夹在透明导电电极和金属电极之间所组成,具有可溶液加工、质量轻和可制备成柔性和半透明器件等突出优点,最近几年来成为能源领域研究的热门。聚合物太阳电池的商业利用需要实现器件的高效力、高稳定性和低本钱,这主要依赖于光伏材料的发展。

药物吸附性低

自1995年Alan J. 我就感到非常好奇Heeger等提出本体异质结概念以来,聚合物太阳电池光伏材料和器件的研究取得了延续发展。在研究的初期阶段,器件的效力很低,研究的关注点主要是提高效我国挤出机行业经济运行中已出现若干积极信号力,通过设计和合成窄带系、宽吸收和具有较低HOMO能级的聚合物给体光伏材料,和具有较高LUMO能级的富勒烯衍生物受体光伏材料,来提高器件的短路电流、开路电压和能量转换效力。最近几年来,随着窄带隙非富勒烯n-型有机半导体受体光伏材料和与之吸收互补的宽带隙聚合石墨烯对改造提升传统产业物给体光伏材料的发展,聚合物太阳电池的能量转换效力取得快速提升,近实验室小面积器件的效力已突破12~13,到达了可以向实际利用发展的门坎。因此,提高稳定性和下降本钱就成了实现聚合物太阳电池实际利用的关键。但是,当前已报导的高效光伏材料大多结构复杂、合成困难,很难满足商业利用的需求。开发低本钱高效光伏材料将是聚合物太阳电池商业利用的巨大挑战。

在国家自然科学基金委员会和中国科学院有关项目的支持下,中科院院士、中科院化学研究所有机固体院重点实验室研究员李永舫课题组研究人员近设计并合成了1个低本钱高效的聚合物给体材料PTQ10。PTQ10是1种结构简单的D-A共聚物,其中噻吩环作为给体单元、喹喔啉作为受体单元。在喹喔啉上引入烷氧基侧链是为了提高聚合物的溶解性并增强光吸收、引入双氟原子取代以下降聚合物的HOMO能级和提高空穴迁移率。该份子可以通过便宜的原材料两步合成并同时实现接近90的总产率,使得该材料的本钱大大下降。更重要的是,使用PTQ10为给体、结构相对简单的n-型有机半导体IDIC为受体制备的聚合物太阳电池的高能量转换效力到达12.70,同时反向结构器件的效力也到达了12.13。同时,活性层厚度在100nm至300nm范围内器件效力都能超过10,这非常有益于器件的大面积制备。与当前文献报导的效力超过10的其它高效聚合物给体光伏材料相比,PTQ10不管是合成步骤、产率和效力上都具有非常突出的优势。

斟酌到低本钱、高效力和厚度不敏感等优点,PTQ10极有希望成为聚合物太阳电池商业利用中的聚合物给体材料。该工作2月21日在《自然-通讯》发表。

至化学所在低成本高效聚合物给体光伏材料方面取得进展

给体PTQ10和受体IDIC的份子结构;电池器件结构图;PTQ10的合成线路;和聚合物太阳电池给体材料合成步骤、产率与效力的对照分析图。

编辑点评

随着窄带隙非富勒烯n-型有机半导体受体光伏材料和与之吸收互补的宽带隙聚合物给体光伏材料的发展,聚合物太阳电池的能量转换效力取得快速提升。化学所在低本钱高效聚合物给体光伏材料方面获得进展,同时大大下降了本钱,提高了效力,具有重要的利用价值。