南開闞斌Chem. Mater.：PCE 16.84%！多硒吩取代螺旋槳型三聚體受體助力高效有機(jī)太陽能電池

主要內(nèi)容

高性能三聚體受體（TMA）在有機(jī)太陽能電池（OSC）中的研發(fā)進(jìn)程，常受制于吸收光譜藍(lán)移這一關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。針對(duì)這一核心瓶頸，南開大學(xué)闞斌等人提出多硒吩取代策略，首次設(shè)計(jì)并報(bào)道兩款用于高效有機(jī)太陽能電池的螺旋槳型三聚體受體材料（TYSe-1 與 TYSe-2），既實(shí)現(xiàn)吸收光譜的目標(biāo)紅移，又通過側(cè)鏈異構(gòu)化調(diào)控分子堆積與聚集行為，為高效 OSC 研發(fā)提供新方向。

硒原子的引入有效延長(zhǎng)分子 π 共軛長(zhǎng)度，使材料吸收光譜顯著拓寬并紅移，薄膜態(tài)吸收峰位可達(dá) 836 nm 左右，大幅增強(qiáng)器件近紅外區(qū)域的光子捕獲能力。盡管兩款受體具有相似共軛骨架，但與聚合物給體 PM6 共混后，側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的細(xì)微差異導(dǎo)致薄膜形貌與電子學(xué)特性呈現(xiàn)顯著區(qū)別：TYSe-1 的直鏈壬基側(cè)鏈相較于 TYSe-2 的支化鏈，可實(shí)現(xiàn)更緊密的分子間堆疊，使 PM6/TYSe-1 共混體系形成更優(yōu)微觀結(jié)構(gòu) —— 包括更優(yōu)的面外分子取向、更緊密的 π-π 堆疊及更連續(xù)的纖維狀網(wǎng)絡(luò)。

這些特性協(xié)同作用，不僅有效促進(jìn)激子解離、加速空穴傳輸、提升電荷載流子遷移率并實(shí)現(xiàn)平衡，還能抑制非輻射復(fù)合損耗（ΔE?）、降低器件整體能量損耗。器件性能測(cè)試顯示，基于 TYSe-1 的 OSC 獲得26.53 mA·cm?2的優(yōu)異短路電流密度（Jsc），該數(shù)值躋身已報(bào)道 TMA 基器件前列；結(jié)合約0.857 V的開路電壓（Voc），最終實(shí)現(xiàn)16.84% 的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）。本研究證實(shí)，多硒吩策略在開發(fā)吸收光譜紅移、適用于近紅外響應(yīng)型有機(jī)光伏器件的高性能 TMA 材料方面具有重要的研究?jī)r(jià)值與應(yīng)用前景。

文獻(xiàn)信息

Multiselenophene-Substituted Propeller-Shaped Trimeric Acceptor for Efficient Organic Solar Cells

Yuyang Bai，Jingwen Yang，Jia Wang，Baofa Lan，Tianqi Chen，Yong Huo，Bin Kan

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.5c02690

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