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朱晓张课题组发展了兼具高效率-低成本-高稳定的n-型光伏材料
2022-04-01 | 编辑:lry | 【 】【打印】【关闭

  近年来,得益于非富勒烯受体的发展,有机太阳能电池的光电转换效率取得了重大突破,然而同时兼具高稳定性、低成本和高效率的有机光伏材料与器件仍具挑战,成为其商业化应用的制约瓶颈。     

  在国家自然科学基金委、科技部和中科院的支持下,化学研究所有机固体院重点实验室朱晓张研究员课题组在n-型光伏材料与器件研究方面开展深入研究,发展了系列高性能光伏受体材料,并构筑了系列高性能光伏器件(X. Zhu, et. al. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 15523; Adv. Mater. 2017, 29, 1606574; Nat. Energy 2018, 3, 952; Adv. Mater. 2020, 31, 1906324)。     

  基于在n-型光伏材料的设计、合成及器件应用方面的积累,受到高迁移率稠环有机半导体成功设计的启发,该课题组在2021年提出了“全稠环电子受体(AFAR)”的设计概念,发展了高稳定性的光伏受体材料,其表现出更低的分子重组能和优异的化学、光化学及热稳定性,实现了接近10%的效率,相关成果发表在CCS Chem. 2021, 3, 1070–1080上。 

  最近,他们通过引入基于苯并噻二唑的核心骨架,发展了新的全稠环电子受体材料(F-受体),实现了近红外响应性。为了解决非富勒烯受体的宏量制备问题,研究人员利用高效分子内双C-H活化/环化方法开发了一套完整的合成路线,实现了一天内10克级材料的宏量制备。与目前报道的非富勒烯受体相比,其表现出更低的合成成本(与P3HT的成本相当)。研究表明F-受体具有比主流3-(二氰基亚甲基)靛酮(ICNC)类受体更加优异的薄膜稳定性。单晶X射线结构分析表明F-受体具有三维蜂窝型堆积结构,有利于电荷传输。基于全稠环电子受体的器件获得了13%的光电转化效率,是非INCN类受体材料的效率最高值。此外,空气中加工基于F-受体的器件展示出优良的光稳定性, 表现出极小的“burn-in”损失。该工作为协同解决有机太阳能电池中的成本、效率和稳定性难题提供了成功范例,相关成果发表在CCS. Chem. 2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202201963上,论文第一作者为博士生刘文睿、许胜杰副研究员和华南理工大学博士生赖寒健,通讯作者为朱晓张研究员。 

   兼具高效率、低成本、高稳定性的全稠环F-受体材料 

 

有机固体院重点实验室

2022年4月1日   

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