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化学所侯剑辉&安存彬团队AM:中带隙非富勒烯受体助力室内有机光伏电池效率高达30%导语:随着物联网的快速发展,需要在室内环境下使用大量无线电子设备。光伏电池可以通过收集环境光为物联网设备提供能量,与无机光伏电池相比,有机光伏(OPV)电池由于其具有高吸收系数、高可调光学间隙和低泄漏电流,可以在低强度光下输出更高的光电转换效率(PCE)。 更多光电前沿资讯和材料,可关注微信公众号“有机光电前沿”与“知研光电材料”。文中所涉及众多材料知研均有销售,详情请联系客服。化学所侯剑辉&安存彬团队AM:中带隙非富勒烯受体助力室内有机光伏电池效率高达30% 文献直通车请点击链接。如需文献PDF,可直接联系知研客服获取。 中科院化学所侯剑辉团队Joule:创纪录!串联有机太阳能电池效率20.2%! 侯剑辉团队AM:新型ZnO电子传输层用于制备高性能柔性有机太阳能电池 侯剑辉团队AM:基于TDz单元的新型非卤化聚合物给体—PB1、PB2 侯剑辉&何畅团队EES:全小分子有机太阳能电池具有分级纳米相分离结构,效率17%! 侯剑辉&葛子义团队AM:混合平面/体异质结的有机太阳能电池,效率18.5% 1.前言回顾 随着物联网的快速发展,需要在室内环境下使用大量无线电子设备。光伏电池可以通过收集环境光为物联网设备提供能量,与无机光伏电池相比,有机光伏(OPV)电池由于其具有高吸收系数、高可调光学间隙和低泄漏电流,可以在低强度光下输出更高的光电转换效率(PCE)。此外,OPV电池重量轻、机械灵活性高和生产成本低,因此成为物联网无线设备的理想电源候选者。得益于器件工程、创新的非富勒烯受体(NFA)和共轭聚合物给体,室内OPV(IOPV)电池的PCE已达到约29%,理想情况下可以达到40%。因此,光伏材料的设计和合成以及理解其分子结构、活性层形态和器件性能之间的相关性对于进一步提高IOPV电池的PCE至关重要。然而,理想的IOPV电池必须具备高吸收系数并覆盖室内光源的吸收光谱,以最大限度地利用室内光光子。此外,这类电池还需要较低的非辐射复合电压损耗。 图1. 不同分子的结果与相关性质 2.文献简介 基于上述的挑战,近日,中科院化学研究所侯剑辉研究员、安存彬副研究员团队设计并合成了一种新型中带隙非富勒烯受体(NFA):FTCC-Br,其具有与ITCC类似的光学带隙、HOMO能级和LUMO能级,但由于不同的中心共轭骨架,两种分子具有不同的几何结构。当与给体材料PB2匹配共混后,尽管PB2:ITCC和PB2:FTCC-Br的共混物均表现出良好的本体异质结形态和相同的驱动力,但由于PB2:FTCC-Br共混物中更大的平均静电势偏移(ESP),所制备的器件的激子解离概率显著高于基于PB2:ITCC的OPV器件。 图2. 器件的光伏性能与EQE谱图 此外,与PB2:ITCC共混物相比,PB2:FTCC-Br共混物具有更长的激子寿命和更有效的空穴传输能力。因此,前者OPV器件PCE仅为11.0%,而后者OPV器件PCE为14.8%,同时短路电流密度和填充因子显著增加。更重要的是,基于PB2:FTCC-Br的器件在低光强度下仍可以保持上述优异的光伏特性,在1000 lux的3000K LED光照条件下,1 cm2的器件实现了30.2%的惊人PCE,是迄今为止IOPV电池的效率最高值。相比之下,基于PB2:ITCC的OPV器件PCE仅为25.4%。这些结果表明,开发具有大偶极矩和大ESP偏移的NFAs对于实现高性能IOPV电池器件至关重要。 图3. 器件的形貌表征 3.文献总结 综上,该工作开发了一种高性能NFA(FTCC-Br)用于制备具有高效率的IOPV电池器件,同时为后续的相关分子设计提供了新策略。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》上,题为“Medium bandgap non-fullerene acceptor enabling organic photovoltaic cell with 30% efficiency under indoor artificial light”。 本文关键词:有机光伏电池,非富勒烯受体,室内光伏,静电势偏移。 4.材料推荐 PBDB-TF:1802013-83-7 Y6:2304444-49-1 |