【重點摘要】

1. 提出了宏環(huán)封裝策略,通過在四噻吩外圍導入融合烷基側(cè)鏈實現(xiàn)。

2. 將該策略應(yīng)用于非全融合四噻吩類受體材料。

3. 實現(xiàn)了高達15.1%的轉(zhuǎn)化效率。

【宏環(huán)封裝策略實現(xiàn)高效有機太陽能電池】

有機光伏一直被視為下一代可再生能源的重要候選技術(shù)。但是其光電轉(zhuǎn)換效率一直無法達到與無機光伏裝置媲美的水平。非全融合四噻吩類受體材料被認為是實現(xiàn)高效有機太陽能電池的一個有前景的方法。

【宏環(huán)結(jié)構(gòu)限制分子構(gòu)象,提升分子堆積效率】

在美國伯明翰南方研究院的最新研究中,通過在四噻吩外圍導入環(huán)烷基側(cè)鏈,形成宏環(huán)封裝結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計可以鎖定中央分子部分的構(gòu)象,生成平面分子骨架,有利于分子的高效堆積。

【對照組件構(gòu)象扭曲,分子堆積效率降低】

相比之下,沒有宏環(huán)封裝限制的對照分子則出現(xiàn)了扭曲變形的構(gòu)象。這種構(gòu)象變化會降低分子堆積的有效性,進而影響相關(guān)器件的性能。

【噻吩宏環(huán)受體器件效率達15.1%】

基于四噻吩宏環(huán)受體R4T-1的有機太陽能電池成功實現(xiàn)了15.1%的高效率。

【宏環(huán)封裝策略指明下一步優(yōu)化方向】

這項研究為構(gòu)建高性能有機太陽能電池提供了新的思路。隨著在分子設(shè)計和器件工程方面的持續(xù)優(yōu)化,有機太陽能電池20%效率的目標指日可待。

研究使用光焱科技太陽光模擬器SS系列 與量子效率測試系統(tǒng) QE-R來協(xié)助量測。

通過在簡單的四噻吩上進行宏環(huán)封裝設(shè)計出非全融合受體R4T-1,該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了構(gòu)象的單一性,消除了分子中心的電子跨效應(yīng),并保證了高效電荷傳輸通道的形成。因此,實現(xiàn)了高達15.10%的轉(zhuǎn)化效率,短路電流密度顯著提高至25.48 mA/cm2。

圖S7. JD40:4T-5和JD40:R4T-1的J1/2-V曲線,(a)空穴型器件和(b)電子型器件。