有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域又獲突破性進(jìn)展

從中南大學(xué)官網(wǎng)獲悉，該?；瘜W(xué)化工學(xué)院鄒應(yīng)萍教授課題組在2017年首次將電子受體單元苯并三氮唑引入非富勒烯受體稠環(huán)中心核，形成一種DAD稠環(huán)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而合成了A-DAD-A型有機(jī)小分子受體光伏材料。

據(jù)了解，這種A-DAD-A型小分子受體可有效拓寬吸收光譜，降低器件電壓損失，此分子設(shè)計(jì)策略為材料合成提供了新思路。隨后，保持中心核不變，用并二噻吩取代稠環(huán)兩端的噻吩，將此分子體系從五元環(huán)拓展為七元環(huán)，并改變不同的端基，設(shè)計(jì)合成了Y1和Y2非富勒烯受體。

而通過對材料表征發(fā)現(xiàn)，吡咯橋環(huán)和并噻吩的引入可以拓寬非富勒烯受體分子的光譜吸收，從而顯著提高器件的短路電流。苯并三氮唑引入稠環(huán)中心核，可有效提高受體分子的熒光量子產(chǎn)率。高的熒光量子產(chǎn)率可增加有效的輻射復(fù)合通道，從而提高器件的電致發(fā)光量子效率(～ 0.5×10-4)。結(jié)果表明三氮唑吸電子核的引入，大大減少非輻射復(fù)合所造成的損失。該工作為高效有機(jī)太陽能電池材料設(shè)計(jì)及如何降低器件電壓損失并同時(shí)獲得高短路電流提供了新思路。

基于課題組提出的A-DAD-A型分子設(shè)計(jì)策略，進(jìn)一步通過分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將具有更高電子遷移率的苯并噻二唑替代苯并三氮唑引入到分子骨架中，在并二噻吩的β位引入烷基鏈調(diào)控溶解性和分子構(gòu)象，設(shè)計(jì)合成了Y6非富勒烯受體。該分子具有較強(qiáng)的吸收和較窄的帶隙(1.33 eV)以及優(yōu)異的電子遷移率，制備了正向/反向器件的能量轉(zhuǎn)換效率均為15.7%的單結(jié)有機(jī)太陽能電池(給體聚合物為PM6)，為已報(bào)道的單結(jié)有機(jī)太陽能電池效率的世界最高紀(jì)錄。