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Angew:華南理工大學(xué)段春暉教授課題組在有機(jī)光伏領(lǐng)域取得新進(jìn)展

來源:華南理工大學(xué)      2025-03-16
導(dǎo)讀:近期,華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院段春暉教授課題組在“有機(jī)太陽能電池給體材料”研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展,相關(guān)研究成果以“A Structurally Simple Polymer Donor Enables High-Efficiency Organic Solar Cells with Minimal Energy Losses”為題發(fā)表在化學(xué)的Top期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》上。

有機(jī)太陽電池憑借其質(zhì)輕、柔性、半透明性、溶液加工性等優(yōu)勢,被視為一種極具潛力的光伏技術(shù)。然而,相較于硅基和鈣鈦礦太陽電池,有機(jī)太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率仍顯不足,這主要?dú)w因于其較低的開路電壓與較高的能量損失。為了提升有機(jī)太陽電池的開路電壓并降低能量損失,研究者們常采用兩種策略:一是開發(fā)具有較深最高已占據(jù)分子軌道(HOMO)能級的聚合物給體,這通常通過引入稠環(huán)缺電子砌塊或鹵化取代基來實(shí)現(xiàn);二是通過添加額外的客體電子受體構(gòu)建三元或四元共混物體系。盡管如此,這些策略的實(shí)施面臨著高生產(chǎn)成本與復(fù)雜材料選擇的挑戰(zhàn),嚴(yán)重制約了有機(jī)太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。因此,探索采用結(jié)構(gòu)簡單、易于合成的材料以及簡便的器件制造工藝,以進(jìn)一步突破能量損失的極限,對于實(shí)現(xiàn)有機(jī)太陽電池效率的突破具有至關(guān)重要的意義。

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近日,華南理工大學(xué)段春暉教授團(tuán)隊(duì)報道了一種結(jié)構(gòu)簡單的非鹵化聚合物給體PBDCT。通過引入具有強(qiáng)吸電子能力的構(gòu)筑砌塊(3,4-二氰基噻吩,DCT),PBDCT的HOMO能級顯著降低,有效抑制了有機(jī)太陽電池的輻射和非輻射復(fù)合能量損失。通過對烷基鏈的優(yōu)化設(shè)計(jì),有效提高了聚合物的結(jié)晶度并降低其能量無序性,進(jìn)而促進(jìn)了激子的高效解離。此外,PBDCT聚集特性的改善,誘導(dǎo)共混體系形成了雙連續(xù)結(jié)晶纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),極大地增強(qiáng)了激子的擴(kuò)散效率和電荷的傳輸能力。最終,基于PBDCT: eC9的二元器件展現(xiàn)出19.84%的能量轉(zhuǎn)換效率和極低的能量損失(0.476 eV),刷新了基于非鹵化聚合物給體OSC的效率紀(jì)錄。    

A Structurally Simple Polymer Donor Enables High-Efficiency Organic Solar Cells with Minimal Energy Losses, Qiuju Jiang, Xiyue Yuan,* Yao Li, Yongmin Luo, Jiayuan Zhu, Feixiang Zhao, Yue Zhang, Wenkui Wei, Haozhe Feng, Hongxiang Li, Jiaying Wu,* Zaifei Ma, Zheng Tang, Fei Huang, Yong Cao, and Chunhui Duan*, Angew. Chem. Int. Ed. 2025. DOI: 10.1002/anie.202416883.


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