中科院宁波材料所全小分子有机太阳能电池研究获进展

2021/4/21 10:47:16 来源:IT之家 作者:懒猫 责编:懒猫

IT之家 4 月 21 日消息 据中国科学院网站,中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义团队前期研究结果(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2808-2815)发现,在小分子给体侧基引入双氟原子,能显著降低分子的结晶性能,改善分子 pi-pi 堆积、激子解离和电荷传输,获得超过 13% 的光电转化效率。通过进一步调整分子侧链的位置和碳原子数(J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 7405-7411),协同调节了分子的片晶排列和 BHJ 形貌,光伏性能进一步提升至 14%。

据介绍,近日,葛子义团队围绕该问题取得进一步进展。器件后处理对全小分子电池形成纳米尺度相分离形貌具有重要意义。热退火(TA)和溶剂退火(SVA)作为常用的后处理方法已被广泛使用,但是其本征的理论区别却鲜有研究。研究以之前报道的 BT-2F:N3 为基础,通过表征光伏性能、分子堆积、电荷转移等,系统研究了 TA 和 SVA(使用 THF、CS2、CF 三种常用溶剂)对 BT-2F:N3 的影响。

▲小分子太阳能电池给体 / 受体的化学结构,以及相形貌变化示意图 | 图源:中国科学院网站

研究发现:

  • 相比较于 TA,高溶解度的溶剂能诱导更强的分子相互作用,从而更好地促进分子移动,提高分子的 J - 聚集和分子互连;

  • 选择性溶解给体的 CS2 能更好地优化给体相结构,使其具有合适的相尺寸、改善的相连续性以及更少的陷阱态;

  • CS2 对受体的影响较小,抑制了其非辐射复合,进而提升了 CS2 溶剂退火处理电池的开路电压。最终,经 CS2 溶剂退火处理的电池获得了 15.39% 的转化效率。该效率是目前公开报道的二元全小分子太阳能电池的最高值。

IT之家了解到,相关研究成果以 Solvent Annealing Enables 15.39% Efficiency All-Small-Molecule Solar Cells through Improved Molecule Interconnection and Reduced Non-Radiative Loss 为题,发表在 Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.202100800)上。

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