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    祝賀譚鴻霖同學的論文發表在Solar RRL上

    [Date:2022-05-21]

    詹傳郎團隊:通過四元策略調整能級與改善形貌的協同作用實現具有

    17%效率的綠色溶劑處理的有機太陽能電池

    具有成本低、重量輕、可溶液加工、可折疊、半透明和卷對卷可印刷等優點的體異質結(BHJ)聚合物太陽能電池(PSC)是將太陽能轉化為電能的一種具有廣泛應用前景的綠色清潔能源技術。隨著活性層新材料以及電子和空穴傳輸層新材料的設計合成,有機太陽能電池領域的研究不斷深入。到目前為止,單節OSCs的能量轉換效率(PCEs)已經超過了18%。通常,這些活性層材料在氯仿、氯苯、鄰二氯苯等鹵代溶劑中表現出良好的溶解性,能形成具有互穿網絡的納米尺寸的共混形貌,有利于電荷的高效分離與傳輸。然而,這些溶劑具有毒性和高揮發性,對人體健康和環境有害。因此,發展綠色溶劑加工技術來制備高效OSCs成為業界的一個研究熱點。但是綠色溶劑加工得到的器件通常表現出較低且不平衡的載流子遷移率,常常導致較低的短路電流密度 (JSC) 和較小的填充因子 (FF)。

    基于上述問題,近日,內蒙古師范大學詹傳郎教授團隊通過在基于PM6:BTP-BO-4F主體共混物中引入客體組分BTPPhI-Se,從而報道了一個獨特的綠色溶劑處理的四元體系。其中BTP表現出與主體BTP-BO-4F相似的化學結構,同時BTP具有更高的LUMO能級,此外,BTPHOMO能級幾乎與PM6HOMO能級相同。相比于主體給體PM6,PhI-Se表現出更低的HOMO能級,這些都有助于提高器件的VOC0.39V),這是報道的三元和四元器件中VOC提高的最大值。此外BTPBTP-BO-4F具有良好的相容性,能夠形成均勻的混合相,從而改善薄膜形貌。研究結果顯示,基于PhI-Se:PM6:BTP:BTP-BO-4F四元器件的PCE從二元器件的13.1%提高到了17%,JSC26.1 mA cm-2,VOC0.851 V, FF76.6%。此外,在相同情況下使用氯苯加工的四元器件獲得18.2%PCE。進一步研究表明,客體組分BTPPhI-Se的引入提高和平衡了器件載流子遷移率,同時抑制了電荷復合。

    綜上,該工作為提高綠色溶劑加工的PSCs的效率提供了一種簡單而有效的方法。相關研究成果最新發表于《Solar RRL》(DOI: 10.1002/solr.202200147)上,題為“Green-Solvent-Processed 17% Efficient Polymer Solar Cell Achieved Synergistically by Aligning Energy Levels and Improving Morphology with the Quaternary Strategy”。

    Solar RRL》始于2017年,是《Advanced Materials》系列在太陽能電池材料與器件領域的唯一專業子刊,定位與姐妹刊《Advanced Energy Materials》、《Advanced Functional Materials》相同,在領域內具有巨大的學術影響力。目前該雜志影響因子為8.582,中科院SCI期刊分區2021年基礎版大類為1區,小類為2區。2021年升級版大類為2區,小類為3區。

    上述研究工作得到了內蒙古科技廳(項目編號:2020GG0192)、草原英才(項目編號:CYYC1003)、內蒙古師范大學(項目編號:112/1004031962)、內蒙古自治區自然科學基金(項目編號:2020LH02009)以及內蒙古師范大學研究生科研創新基金資助項目(項目編號:CXJJS21136)的支持。北京同步輻射設施(BSRF,1W1A)為器件GIWAXS測量提供了支持。

     

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