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工学院三组分聚合物太阳能电池研究取得系列进展

导读: 北京大学工学院占肖卫课题组在三元共混有机太阳能电池研究领域取得重要进展,发展了一系列高性能三元共混体系,有效提高了有机太阳能电池的能量转换效率和稳定性。

  北京大学工学院占肖卫课题组在三元共混有机太阳能电池研究领域取得重要进展,发展了一系列高性能三元共混体系,有效提高了有机太阳能电池的能量转换效率和稳定性。

  1995年,Wudl和Heeger等首次报道了基于一个电子给体和一个电子受体的二元共混本体异质结有机太阳能电池,实现了有机太阳能电池领域的一次重大跨越。最近5年,为了克服二元共混有机太阳能电池的缺点,科学家们发展了三元共混体系,在一个电子给体和一个电子受体的基础上,加入功能性第三组分。

  近两年来,占肖卫课题组开发了一系列高性能三元共混体系。他们使用小分子受体PDI-2DTT作为第三组分加入到PBDTTT-C-T/PPDIDTT全聚合物太阳能电池中,可以有效抑制聚合物受体PPDIDTT的过度聚集,从而将全聚合物太阳能电池的能量转换效率提高到3.45%,是当时全聚合物太阳能电池的最高效率之一(EnergyEnviron.Sci.,2014,7,1351-1356,封面,被引用120次,ESI热点论文,ESI高被引论文)。他们还将富勒烯受体ICBA作为第三组分加入到PTB7/PC71BM有机太阳能电池中,来增加器件的开路电压和提高激子解离效率。基于PTB7/ICBA/PC71BM器件的能量转换效率高达8.24%,是当时报道的三元共混太阳能电池的最高值(EnergyEnviron.Sci.,2014,7,2005-2011,被引用近100次,ESI高被引论文)。他们还进一步开发了浓溶液稀释法将以上两个体系的能量转换效率分别由3.45%和8.24%提高到了4.63%和8.88%(EnergyEnviron.Sci.,2015,8,2357-2364)。他们受邀撰写了关于三元共混有机太阳能电池的综述文章(Mater.Horiz.,2015,2,462-485,封面)。

  近日,为了验证ICBA作为第三组分的普适性,他们将其加入到基于五种不同给体材料的有机太阳能电池中,发现所有含第三组分ICBA的有机太阳能电池的能量转换效率都有12-14%的提高,最高能达到10.5%。更为重要的是,所有含第三组分ICBA的有机太阳能电池的稳定性都有很大的提高(Adv.Mater.,2016,DOI:10.1002/adma.201602067)。此外,他们还将4,4‘-二羟基联苯(“分子锁”)作为第三组分加入到含氟聚合物或小分子给体/富勒烯受体的有机太阳能电池中。4,4’-二羟基联苯上的羟基可以和给体材料上的氟原子形成氢键来锁定给体材料的网络,从而同时提高有机太阳能电池的能量转换效率和稳定性(Adv.Mater.,2016,DOI:10.1002/adma.201600426)。他们受邀撰写了关于有机太阳能电池稳定性的综述文章(Chem.Soc.Rev.,2016,45,2544-2582)。

  以上7篇论文的第一作者均为占肖卫课题组的博士生程沛。该研究得到科技部973项目和国家自然科学基金委项目等的资助。

有机太阳能电池
 

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