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单节有机太阳电池效率突破16%

初心未许 1年前   阅读数 106 0

华南理工大学曹镛院士团队基于自主研发的酰亚胺功能化苯并三唑宽带隙聚合物,首次制备了能量转换效率超过16%的单节二元有机太阳电池。

有机太阳电池可通过调节有机半导体材料的分子结构满足不同方面的功能需求,且最终产品可实现便携式、多样化应用,近年来受到学术界和工业界的广泛关注。新型有机光活性材料(包括电子给体和电子受体)的设计与匹配对于有机太阳电池的能量转换效率至关重要。对于电子给体材料而言,较深的最高占据分子轨道(HOMO)能级有利于开路电压的提升。然而,当将这种给体与HOMO能级更浅的受体匹配时,会增加电荷分离的难度。更重要的是,用于增强受体吸光能力的化学策略通常会导致分子聚集能力同步增强,从而影响光活性层的相分离可控性。因此,为了平衡光伏参数,提高能量转换效率,给体-受体组合应同时满足吸收光谱互补、电学能级匹配、薄膜形貌可控等条件。

最近,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室曹镛院士团队自主开发的基于酰亚胺功能化苯并三唑(TzBI)的宽带隙聚合物给体P2F-EHp与非富勒烯受体材料BTPT-4F和BTPTT-4F(或称为Y6)匹配,在吸收互补和能级匹配的基础上,通过进一步的薄膜形貌精细优化,实现了超过16%的能量转换效率,这是文献报道中单节有机太阳电池的最高转换效率记录,展示了PTzBI类聚合物给体的巨大应用潜力。论文第一作者为华南理工大学樊宝兵、张荻非、李美静,通讯作者为黄飞教授和应磊研究员。

该研究结果以“Achieving over 16% efficiency for single-junction organic solar cells”为题在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry


作者简介

 樊宝兵   博士,华南理工大学博士后,主要从事聚合物半导体材料设计和有机太阳电池器件性能研究。以第一作者在Nat. Energy, Energy Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater. 等杂志发表SCI论文11篇,其中ESI高被引3篇。

应磊   研究员,博士生导师,主要从事有机聚合物光电功能材料开发及产业化关键技术研究。在Nat. Commun., Energy. Environ. Sci., Adv. Mater. 等SCI期刊上发表论文140余篇(其中第一/通讯作者论文100余篇),被引用3000余次,共11篇论文入选ESI高被引论文。获授权美国发明专利5件,中国发明专利3件。主持国家自然科学基金优秀青年基金、广东省杰青等项目,入选广东特支计划“科技创新青年拔尖人才”等。

黄飞    教育部长江学者,现任华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室副主任、材料学院教授,博士生导师,973计划首席科学家。主要从事有机光电材料与器件的研究工作。2011年获国家杰出青年基金、2013年入选首批科技部中青年科技创新领军人才、2014年获美国化学会Arthur K. Doolittle Award奖、2015年获教育部首届青年科学奖、2010和2015年两次获国家自然科学二等奖。2014年获教育部高等学校科学研究优秀成果一等奖(排名第3)。


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Fan B, Zhang D, Li M, Zhong W, Zeng Z, Ying L, Huang F, Cao Y. Achieving over 16% efficiency for single-junction organic solar cells. Sci. China Chem., 2019, DOI: 10.1007/s11426-019-9457-5



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