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[材料资讯] 葛子义课题组《德国应用化学》:全小分子有机太阳能电池研究中取得进展

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发表于 2020-2-27 16:57:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
有机太阳能电池作为新一代太阳能电池技术近年来受到广泛关注。相比较于传统的硅基太阳能电池,有机太阳能电池具有成本低、柔性、可大面积印刷制备等优点。目前制备高效有机太阳能电池的主流策略是使用聚合物给体和非富勒烯受体材料构建活性层。但聚合物材料在制备过程中通常存在分子量和分散度难以精确控制、难提纯、材料的批次稳定性差等问题,相应制备的有机太阳能电池效率的重复性降低,不利于大规模商业化应用。而有机小分子的分子量确定,可以精确合成,易于提纯,批次稳定性好,有利于大规模制备。因此,全小分子有机太阳能电池具有较高的商业化应用潜力。但由于全小分子电池给体和受体都为小分子结构,使得其难以形成像聚合物薄膜那样较为理想的双连续互穿网络形貌。过强的给体结晶会使给体与受体严重共混,而太弱则不利于给体分子间紧密的π-π堆积,从而降低电荷传输。所以全小分子电池中难以调控的相形貌,致使其光电转化效率一直处于较低水平。

全小分子有机太阳能电池

全小分子有机太阳能电池
  近期,中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义团队报道了一种具有13.34%光电转化效率的非富勒烯全小分子有机太阳能电池,这是目前已报道的全小分子有机太阳能电池的最高效率之一。研究发现使用双氟原子修饰基于苯并二噻吩(BDT)单元的小分子给体的侧基,能有效提升器件电压,降低分子结晶性,改善相分离形貌;同时氟原子的引入能促使分子间更紧密的π-π堆积,从而使器件的效率获得显著提升。该研究进一步系统分析了不同取代位置和个数的氟化对于器件性能和分子堆积的影响,发现单氟取代对小分子的π-π堆积影响较小,并且其主要通过降低分子的HOMO能级来提升器件性能。而BDT连接的上下噻吩侧基的双氟化,则有利于形成F-H的非价键力作用,分子扭转角最小,最利于材料的共轭平面堆积,进而得到最高的光电转化效率。相关成果以13.34% Efficiency Non-fullerene All-Small-Molecule Organic Solar Cells Enabled by Modulating the Crystallinity of Donors via a Fluorination Strategy 为题发表在《德国应用化学》杂志上(Angewandte Chemie International Edition,DOI:10.1002/anie.201910297)。
  该研究得到国家杰出青年科学基金(21925506)、国家重点研发计划(2017YFE0106000)、壳牌合作项目(No. PT78950)和浙江省自然科学基金(LR16B040002)等的支持。
      https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201910297
     文章来源:宁波材料所


     葛子义,中科院宁波材料所研究员、博导。1999年本科毕业于兰州大学,2004年获中科院化学所博士学位。2005-2009年分别在日本东京工业大学、神奈川大学、澳大利亚新南维尔士大学从事有机光电研究。2009年初受聘于华东理工大学教授。2010年加入中科院宁波材料所,担任 “有机光电化学”学科带头人、有机光电材料与器件课题组组长。先后入选中科院青年拔尖科学家、浙江省杰青、浙江省“151人才”、“钱江人才”等。目前主要从事有机/钙钛矿太阳能电池、OLED和导电高分子功能材料研究。迄今在Nature Photonics、Advanced Materials、Energy & Environmental Science等国际著名期刊上发表SCI论文100多篇,并被引用2000多次,撰写Springer等有机太阳电池专著章节3部。共申请国际国内专利29项。20多次受邀做著名学术会议邀请报告。目前担任《储能科学与技术》、International Journal of Modern Manufacturing Technology杂志编委、中国化工学会储能工程专业委员会委员、第一届国际有机光电材料与器件国际会议(ICOOE 2014)大会主席。2009年以来,主持包括国家重点研发计划、5项国家自然基金面上项目、中科院前沿重点项目、教育部霍英东青年教师基金在内的20多项国家级和省部级科研项目。担任国家科技奖,国家自然基金委、中组部青年##计划和拔尖人才、教育部长江学者项目评审专家。

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