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基于酰亚胺苯并三唑衍生物的高效三元有机太阳电池

时间:2019-04-11 08:47      发布人:廖燕菲      阅读:135

富勒烯衍生物受体因为价格昂贵,吸收和能级的可调节性差且在光照下容易发生二聚反应等缺点,已经被性能更加优异的非富勒烯受体取代,基于非富勒烯的有机太阳电池效率已经远远超过富勒烯有机太阳电池,这使得原本和富勒烯匹配不够好的宽带隙给体重新登上了舞台且大放异彩。基于酰亚胺苯并三唑衍生物的宽带隙给体PTzBI-2FP在非富勒烯太阳电池中的效率可以达到11.7%。由于其在短波方向上吸收的短板,这类材料可以通过添加第三组分来制备高效的三元有机太阳电池。

近日,黄飞教授研究组基于酰亚胺苯并三唑衍生物给体PTzBI-2FP和ITIC-4F受体的研究的基础上,引入了N2200制备了高效的有机三元太阳电池。器件的最优效率达到13%。而且器件具有非常好的光和热稳定性,在100°C加热120min后,器件效率仍然有初始效率的97%,在1个太阳光持续照射24小时候,器件的效率也能维持在初始效率的95%。表面能的结果显示ITIC-4F和N2200的相容性差,很难形成类似合金的结构,器件的开路电压会钉扎在二元器件较低的的开路电压值上。GIWAXS和RSoXS数据表明少量的N2200的引入既不会改变PTzBI-2FP和ITIC-4F原本的face-on的分子取向也不会改变给受体的相区尺寸。而是在给受体间形成纤维状的晶体作为电子传输的通道,从而大大提高了电子的传输性能,器件的短路电流相应的有着大幅的提升。此外,光致发光光谱证明了ITIC-4F和N200之间存在者电荷转移,这也在一定程度上也提升了三元器件的短路电流。

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相关成果近期发表在Nano Energy上(Nano Energy 58 (2019) 724–731),其中通讯作者为华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室的应磊教授和黄飞教授,第一作者博士研究生郑楠楠。相关工作得到了国家科技部,国家自然科学基金委,广州市科技计划项目的支持。