寧波材料所在高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池研究方面取得重要進(jìn)展
近年來(lái)，有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）由于其質(zhì)量輕、靈活性強(qiáng)、可溶液方法加工和適合印刷生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是具有廣泛應(yīng)用前景的新一代綠色能源技術(shù)。如何提升OSCs器件的效率一直是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。其中“三元策略”是一種有效的方法，它可以同時(shí)利用不同類型材料的光譜響應(yīng)范圍、電子遷移率和結(jié)晶性等優(yōu)勢(shì)來(lái)提升器件的光伏參數(shù)。但是，第三組分的加入也會(huì)對(duì)原有活性層的形貌、分子間相互作用等帶來(lái)影響，因此選擇合適的第三組分是通過(guò)“三元策略”提升效率的關(guān)鍵。
近期，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義研究員團(tuán)隊(duì)在前期高效率和柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池研究的基礎(chǔ)上（Nature Photonics, 2015, 9, 520; Advanced Materials, 2018, 30, 1800075; Advanced Materials, 2019, 31, 201902210; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 2808.）, 在高效率有機(jī)太陽(yáng)能領(lǐng)域又取得了新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了新型苯基取代苯并二噻吩（BDT）為中心核的小分子給體，通過(guò)三元共混策略引入D18-Cl:Y6體系獲得單結(jié)剛性18.5%和柔性15.9%的效率，是目前公開(kāi)報(bào)道的單結(jié)剛性和柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池的最高效率之一。
科研人員分別以二噻吩并噻咯（DTS）和環(huán)戊二噻吩（DTC）為π電子連接單元合成了小分子給體G19和G17。由于較長(zhǎng)的C-Si鍵減小了位阻（C-Si vs C-C:1.87
vs 1.53），G19在In Plane方向上表現(xiàn)出很強(qiáng)的π-π堆積峰，展現(xiàn)出強(qiáng)的edge-on取向，而G17表現(xiàn)出各向同性的特點(diǎn)。通過(guò)三元策略摻入D18-Cl:Y6體系，基于G19的三元器件獲得了18.53%的效率，G17的效率略微下降至17.13%。高度有序的小分子給體客體G19的引入很好地調(diào)控了薄膜的形貌，使得三元共混薄膜能夠形成很強(qiáng)的π-π堆積，顯著提高了OSCs的填充因子。與基于D18-Cl:Y6的二元器件相比，三元器件電流密度的增加可歸因于光譜的互補(bǔ)吸收以及可以形成更好的異質(zhì)結(jié)形貌，且客體的引入為電荷解離和提取提供更多的通道。同時(shí)，基于Ag NWs/ PH1000/PET的柔性透明電極制備的無(wú)ITO的器件PCE達(dá)15.9%，且具有較好的機(jī)械穩(wěn)定性，在1000次連續(xù)循環(huán)彎曲（彎曲半徑r=3mm）后仍能保持初始PCE的93%。
該工作以“Small Molecular Donor Guest Achieves Rigid 18.5% and Flexible 15.9% Efficiency Organic Photovoltaic via Fine-tuning Microstructure Morphology”為題發(fā)表在Cell出版社旗艦期刊Joule上（IF=41.248，DOI:10.1016/j.joule.2021.06.017），論文鏈接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435121003056，葛子義研究員本文通訊作者，博士研究生陳振宇和宋偉為本文共同第一作者。
該研究得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金（21925506）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFE0106000）、寧波市科技創(chuàng)新2025重大專項(xiàng)（2018B10055）、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（QYZDB-SSW-SYS030）等的支持。
（a） G17和G19的分子式；（b） G17和G19的GIWAXS表征；（c） D18-Cl:G19:Y6三元?jiǎng)傂院腿嵝云骷腏-V曲線
（新能源所 陳振宇 宋偉）