河南大学宋金生团队通过宏环封装策略实现四噻吩非全融合型有机太阳能电池15.1%高效率

【重点摘要】

1. 提出了宏环封装策略,通过在四噻吩外围导入融合烷基侧链实现。

2. 将该策略应用于非全融合四噻吩类受体材料。

3. 实现了高达15.1%的转化效率。

【宏环封装策略实现高效有机太阳能电池】

有机光伏一直被视为下一代可再生能源的重要候选技术。但是其光电转换效率一直无法达到与无机光伏装置媲美的水平。非全融合四噻吩类受体材料被认为是实现高效有机太阳能电池的一个有前景的方法。

【宏环结构限制分子构象,提升分子堆积效率】

在美国伯明翰南方研究院的最新研究中,通过在四噻吩外围导入环烷基侧链,形成宏环封装结构。这种设计可以锁定中央分子部分的构象,生成平面分子骨架,有利于分子的高效堆积。

【对照组件构象扭曲,分子堆积效率降低】

相比之下,没有宏环封装限制的对照分子则出现了扭曲变形的构象。这种构象变化会降低分子堆积的有效性,进而影响相关器件的性能。

【噻吩宏环受体器件效率达15.1%】

基于四噻吩宏环受体R4T-1的有机太阳能电池成功实现了15.1%的高效率。

【宏环封装策略指明下一步优化方向】

这项研究为构建高性能有机太阳能电池提供了新的思路。随着在分子设计和器件工程方面的持续优化,有机太阳能电池20%效率的目标指日可待。

研究使用光焱科技太阳光模拟器SS系列 与量子效率测试系统 QE-R来协助量测。

通过在简单的四噻吩上进行宏环封装设计出非全融合受体R4T-1,该结构实现了构象的单一性,消除了分子中心的电子跨效应,并保证了高效电荷传输通道的形成。因此,实现了高达15.10%的转化效率,短路电流密度显著提高至25.48 mA/cm2。

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