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鄭州大學(xué)孫晨凱課題組 ACS Nano：低成本聚合物給體PTQ16-10實(shí)現(xiàn)19.52%效率的有機(jī)太陽能電池
2024-12-31  來源：高分子科技
  溶液加工的有機(jī)太陽能電池(OSCs)憑借其輕便性、柔性、以及半透明性等優(yōu)點(diǎn)，在光伏領(lǐng)域贏得了廣泛矚目。在有機(jī)光伏材料和器件工程快速發(fā)展的推動下，OSCs的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)已超過20%，達(dá)到了商業(yè)化應(yīng)用的門檻。要實(shí)現(xiàn)OSCs的產(chǎn)業(yè)化，低成本、高性能和高穩(wěn)定性是必不可少的。然而，當(dāng)前報(bào)道的大多數(shù)高性能有機(jī)光伏材料普遍面臨合成工藝復(fù)雜、提純難度大、產(chǎn)量有限等挑戰(zhàn)，這些因素直接推高了光活性層材料的成本，這不利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備和商業(yè)化應(yīng)用；同時(shí)，當(dāng)前在探索低成本高效有機(jī)光伏材料方面，相關(guān)研究尚顯不足。因此，開發(fā)新型的低成本和高性能的有機(jī)光伏材料對于推動OSCs的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。 



  針對上述問題，在國家自然科學(xué)基金和河南省自然科學(xué)基金的大力支持下，鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院孫晨凱課題組通過在前期開發(fā)的低成本高效聚合物PTQ10的分子骨架中引入簡單結(jié)構(gòu)的苯并三氮唑(BTA)單元，設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)低成本的三元共聚物給體PTQ16-10和PTQ16-20。與PTQ10相比，BTA單元的引入導(dǎo)致了兩個(gè)三元共聚物增加的光吸收系數(shù)、上移的能級、更有序的分子π-π堆積、增強(qiáng)的分子結(jié)晶度和更好的電荷傳輸能力。因此，基于PTQ16-10:K2的OSCs實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的電荷生成和傳輸，最終實(shí)現(xiàn)了18.83%的PCE。此外，通過引入另一種結(jié)構(gòu)相似的受體K6作為第三組分，基于PTQ16-10:K2:K6的三元體系的能級排列、微觀形態(tài)和電荷轉(zhuǎn)移得到了進(jìn)一步優(yōu)化。最終，三元器件實(shí)現(xiàn)了19.52%的PCE，這是基于低成本有機(jī)光伏材料的OSCs的最高PCEs之一。


  相關(guān)研究成果以“Enhanced Charge Generation and Transport by Incorporating a Benzotriazole Unit for Low-Cost and High-Efficiency Organic Solar Cells”為題發(fā)表在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《ACS Nano》上，鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士研究生張曦曦為論文第一作者，鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院孫晨凱直聘教授為論文的通訊作者，鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院為第一單位。


  論文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c12268

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（責(zé)任編輯：xu）
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