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刘治田&高翔&张福俊ACS AMI:以巴比妥酸为端基的新型受体提高三元有机太阳能电池效率

发表时间:2022-05-24 10:14作者:知研光电材料
导语:研究人员通过分别用1,3-二乙基-2-硫代巴比妥酸和1,3-二甲基巴比妥酸取代Y6中的IC基团,最终设计并合成了两种新型非富勒烯受体:MAZ-1和MAZ-2。基于D18:Y6:MAZ-2的三元器件最佳PCE为17.91%。刘治田&高翔&张福俊ACS AMI:以巴比妥酸为端基的新型受体提高三元有机太阳能电池效率
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1前言回顾

为了进一步提高有机太阳能电池(OSCs)器件的性能,研究人员通常采用三元策略来优化光收集和活性层的相分离。根据材料的特点,第三组分受体可分为三类:第一种是富勒烯衍生物,因为它们具有较高的电子迁移率,可以平衡电荷载流子传输,减少电荷复合,改善薄膜的形貌;第二种是基于苝二亚胺(PDI)的非富勒烯受体,它们在短波长范围内具有较强的吸收,并且具有较高的LUMO能级,这将有利于提高短路电流(JSC)和开路电压(VOC);第三种也是使用最广泛的材料,是以IC基团及其衍生物作为端基的稠环电子受体(RFEAs)。这些受体显示互补的吸收光谱并可以与Y6形成共混态,有利于简化形貌控制并微调受体共混物的能级。目前,该领域取得了巨大进展,但对三元OSCs的研究主要集中在PM6:Y6体系,对于D18:Y6体系研究报道却很少。

图1.两种新型受体分子的合成示意图


2.文献简介
有鉴于此,近日,武汉工程大学刘治田教授高翔副教授北京交通大学张福俊教授等人通过分别用1,3-二乙基-2-硫代巴比妥酸和1,3-二甲基巴比妥酸取代Y6中的IC基团,最终设计并合成了两种新型RFEAs:MAZ-1和MAZ-2。结果显示,MAZ-1和MAZ-2的吸收光谱和能级具有显著变化。当将两种分子作为第三组分加入到D18:Y6混合物中后,三元器件的VOC、JSC和填充因子(FF)在得到了同时改善。最终,基于D18:Y6:MAZ-2的三元器件最佳PCE为17.91%,VOC为0.86 V,JSC为27.62 mA cm-2,FF为75.38%,明显高于D18:Y6二元器件17.03%的PCE。这些结果表明,巴比妥酸及其硫代衍生物在开发高效第三组分受体方面具有巨大的潜力,能够显著提高OSCs器件的光伏性能。

图2.分子性质与器件结构

3.不同器件的光伏性能比较


3.文献总结
综上,该工作丰富了新型高效的吸电子端基,为新型第三组分受体的设计提供了新的策略。相关研究成果最新发表于国际著名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上,题为“Novel Third Components with (Thio)barbituric Acid as the End Groups Improving the Efficiency of Ternary Solar Cells”。
本文关键词:有机太阳能电池,三元器件,第三组分,吸电子端基。

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