苏州大学李永舫院士团队崔超华副教授:双烷硫链取代聚合物给体材料用于高效聚合物太阳能电池
给体材料的吸收光谱、HOMO能级以及与受体材料共混之后的形貌是决定聚合物太阳能电池能量转换效率的关键因素。给电子侧链烷硫链因硫原子具有空的d轨道而具有π吸电子性质,苏州大学李永舫院士团队的崔超华副教授等将烷硫链引入BDT单元,利用烷硫链这一独特的特性有效降低给体材料的HOMO能级、提高器件开路电压,从而提高能量转换效率(Energy Environ. Sci., 2014, 7, 2276–2284;Adv. Mater., 2015, 27, 7469–7475; Energy Environ. Sci., 2016, 9, 885–891);另外,他们在2011年首次报道了基于吸电子单元naphtho[2,3-c]thiophene-4,9-dione (NTDO)的聚合物给体材料,取得了5.21%的器件能量转换效率(PCE),体现了NTDO单元在高效给体光伏材料设计上的潜力(Chem. Commun., 2011, 47, 11345–11347)。
在前期的系列工作基础上,最近,他们将烷硫链引入NTDO单元,设计合成了一种双烷硫链取代的共轭聚合物PBN-S(Fig. 1)作为给体材料用于聚合物太阳能电池,取得了优异的光伏性能。PBN-S具有与非富勒烯受体IT-4F互补的吸收光谱及较低HOMO能级(Fig. 1)。以PBN-S为给体、IT-4F为受体制备聚合物太阳能电池器件,PCE达到了13.10%。同时,基于PBN-S:IT-4F的半透明器件PCE也达到9.83%,可见光区(370-740 nm)平均透过率高达32%。不仅如此,PBN-S在大面积器件上也取得了突出的光伏性能:使用旋涂的方法制备的100 mm2器件,PCE为10.21%;使用刮涂的方法制备的100 mm2器件,PCE高达10.69%。不仅如此,基于PBN-S:IT-4F的器件具有良好的稳定性,器件在手套箱或者空气中放置(无需避光)100天,效率都能维持原始效率的80%以上(Fig. 2)。
Fig. 1 (a) Chemical structure of PBN-S. (b) Normalized UV-vis absorption spectra of PBN-S and IT-4F. (c) Energy level diagrams of PBN-S and IT-4F.
Fig. 2 Normalized photovoltaic parameters of (a) unencapsulated devices with conventional architecture of glass/ITO/PDEOT:PSS/PBN-S:IT-4F/ZnO/Al stored in a nitrogen-filled glove-box and (b) unencapsulated devices with inverted architecture of glass/ITO/ZnO/PBN-S:IT-4F/MoO3/Al stored in air.
结果表明,基于双烷硫链取代NTDO的聚合物给体材料PBN-S在未来高效聚合物太阳能电池的实际应用上具有巨大的潜力。
相关研究成果近期发表在Energy & Environmental Science,第一作者为博士研究生吴月,通讯作者为崔超华副教授。
论文链接:
http://dx.doi.org/10.1039/C8EE03608J
来源:X-MOL资讯
相关进展
中科院化学所李永舫院士课题组:全小分子非富勒烯有机太阳电池效率超过10%
中科院化学所李永舫院士、张志国副研究员和国家纳米中心魏志祥研究员合作在低成本高效聚合物给体光伏材料方面取得重要研究进展
免责声明:部分资料来源于网络,转载的目的在于传递更多信息及分享,并不意味着赞同其观点或证实其真实性,也不构成其他建议。仅提供交流平台,不为其版权负责。如涉及侵权,请联系我们及时修改或删除。邮箱:info@polymer.cn
关注高分子科学技术 👉
长按二维码关注
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件(论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等)至info@polymer.cn,并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送,并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求,陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群,也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群,全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群,请先加审核微信号PolymerChina (或长按下方二维码),并请一定注明:高分子+姓名+单位+职称(或学位)+领域(或行业),否则不予受理,资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”,查看更多