4 月 21 日消息 據(jù)中國科學(xué)院網(wǎng)站,中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義團(tuán)隊前期研究結(jié)果(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2808-2815)發(fā)現(xiàn),在小分子給體側(cè)基引入雙氟原子,能顯著降低分子的結(jié)晶性能,改善分子 pi-pi 堆積、激子解離和電荷傳輸,獲得超過 13% 的光電轉(zhuǎn)化效率。通過進(jìn)一步調(diào)整分子側(cè)鏈的位置和碳原子數(shù)(J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 7405-7411),協(xié)同調(diào)節(jié)了分子的片晶排列和 BHJ 形貌,光伏性能進(jìn)一步提升至 14%。
據(jù)介紹,近日,葛子義團(tuán)隊圍繞該問題取得進(jìn)一步進(jìn)展。器件后處理對全小分子電池形成納米尺度相分離形貌具有重要意義。熱退火(TA)和溶劑退火(SVA)作為常用的后處理方法已被廣泛使用,但是其本征的理論區(qū)別卻鮮有研究。研究以之前報道的 BT-2F:N3 為基礎(chǔ),通過表征光伏性能、分子堆積、電荷轉(zhuǎn)移等,系統(tǒng)研究了 TA 和 SVA(使用 THF、CS2、CF 三種常用溶劑)對 BT-2F:N3 的影響。
▲小分子太陽能電池給體 / 受體的化學(xué)結(jié)構(gòu),以及相形貌變化示意圖 | 圖源:中國科學(xué)院網(wǎng)站
研究發(fā)現(xiàn):
相比較于 TA,高溶解度的溶劑能誘導(dǎo)更強(qiáng)的分子相互作用,從而更好地促進(jìn)分子移動,提高分子的 J - 聚集和分子互連;
選擇性溶解給體的 CS2 能更好地優(yōu)化給體相結(jié)構(gòu),使其具有合適的相尺寸、改善的相連續(xù)性以及更少的陷阱態(tài);
CS2 對受體的影響較小,抑制了其非輻射復(fù)合,進(jìn)而提升了 CS2 溶劑退火處理電池的開路電壓。最終,經(jīng) CS2 溶劑退火處理的電池獲得了 15.39% 的轉(zhuǎn)化效率。該效率是目前公開報道的二元全小分子太陽能電池的最高值。
IT之家了解到,相關(guān)研究成果以 Solvent Annealing Enables 15.39% Efficiency All-Small-Molecule Solar Cells through Improved Molecule Interconnection and Reduced Non-Radiative Loss 為題,發(fā)表在 Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.202100800)上。
原標(biāo)題:超過 13% 的光電轉(zhuǎn)化效率!中科院寧波材料所全小分子有機(jī)太陽能電池研究獲進(jìn)展