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Joule:二聚体小分子受体实现高效稳定的有机太阳能电池

发表时间:2023-03-08 10:41作者:知研光电材料来源:公众号【有机光电前沿】网址:https://mp.weixin.qq.com/s/W84p6t5xLST9IcI-pk4krA

导语:高功率转换效率(PCE)和操作稳定性是有机太阳能电池(OSCs)商业化应用的先决条件。


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1.前言回顾


高功率转换效率(PCE)和操作稳定性是有机太阳能电池(OSCs)商业化应用的先决条件。尽管目前已经开发了各种小分子受体(SMAs),使得OSCs的PCE显著增加,但这些器件的PCE仍然低于其它类型的光伏电池,如钙钛矿太阳能电池等,主要是由于OSCs器件的开路电压较低(VOC<0.9 V)。此外,OSCs的长期稳定性被认为是商业化的主要瓶颈。


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图1.相关给受体结构以及能级排列


2.文献简介


为了同时改善这些问题,韩国庆尚国立大学Yun-Hi Kim等人开发一种具有离散分子结构的低聚型受体(DYBO),其由一个给电子单元苯并二噻吩(BDT)共价连接两个SMA单元。DYBO的设计策略是(1)通过SMA的二聚化来增加玻璃化转变温度(Tg)并降低扩散系数,(2)通过引入给电子连接体来提高DYBO的LUMO能级,以及(3)确保DYBO具有平面化分子构象的高电子迁移率。


2.11(2).png

图2.PM6:MYBO和PM6:DYBO OSCs的光伏性质


研究结果显示,基于PM6:DYBO的OSCs器件具有高效且稳定的性能,其PCE超过18%,同时VOC为0.968 V,明显优于基于单体受体(MYBO)的对应物(PCE=17.1%,VOC=0.877 V)。其中,前者器件改进的VOC主要归因于DYBO的相对较高的LUMO能级和活性层电压损耗的降低。更重要的是,DYBO的Tg(179°C)远高于MYBO(Tg=80°C)。因此,基于DYBO的OSCs器件在各种外部应力(例如热应力和光暴露)下表现出优异的形态稳定性,在暴露于100°C的高温下6000小时后,其PCE仍能保持初始值的80%以上。相比之下,基于MYBO的OSCs器件PCE在热应力下仅36小时后就降至其初始PCE的80%以下。


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3.PM6:MYBO和PM6:DYBO OSCs的稳定性


3.文献总结


综上,该工作阐明了结构与器件性能的关系,为后续开发新型低聚物受体提供了有用的指导。同时,该工作还证明了具有可调节分子平面度的二聚型SMAs的设计对于获得高电子迁移率和Tg、以及PCE和稳定性是非常重要的。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Joule》上,题为“Dimerized small-molecule acceptors enable efficient and stable organic solar cells”。


本文关键词:有机太阳能电池,低聚物受体,开路电压,稳定性。


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