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    有机光伏(OPV)由于独特的机械柔性、可打印性和可调的光吸收特性,将成为物联网(IoT)、智能可穿戴设备上能源供给的绝佳候选者。近年来,由于在新型受体材料上的不断研究和开拓创新,停滞多年的OPV迎来了光电转换效率的突飞猛进。在最新一期的Joule上,OPV再获佳绩,一周内刊发了香港科技大学颜河教授、武汉大学/p>

    有机光伏(OPV)由于独特的机械柔性、可打印性和可调的光吸收特性,将成为物联网(IoT)、智能可穿戴设备上能源供给的绝佳候选者。近年来,由于在新型受体材料上的不断研究和开拓创新,停滞多年的OPV迎来了光电转换效率的突飞猛进。在最新一期的Joule上,OPV再获佳绩,一周内刊发了香港科技大学颜河教授、武汉大学闵杰研究员等人的两篇研究成果。

    目前,OPV的聚合物/聚合物共混体系在光电转换效率(PCE)方面仍远远落后于聚合物/小分子受体对应物。为此,武汉大学闵杰研究员、香港科技大学颜河教授等开发设计了一个在近红外区域具有强吸收特性的PY2F-T聚合物受体材料,是长烷基侧链的四氟化Y6衍生物。PY2F-T表现出红移的吸收光谱,光学带隙为1.34 eV,高的吸收系数(1.26×205 cm-1)和高的电子迁移率(7.01×10-4 cm2 V-1 s-1)。当将PY2F-T与宽带隙聚合物供体PM6混合,PM6:PY2F-T器件的PCE为15.0%,是迄今为止报道的最高值之一。此外,研究人员还设计了三元共混的全聚合物OPV,将非氟化的PYT作为第二受体引入到上述的PM6:PY2F-T共混物中。通过优化三元混合物中的受体相负载率和分子堆积,对应器件的Voc,Jsc,FF同时得到提高,获得的PCE达到了惊人的17.25%,这是迄今为止全聚合物OPV的最高PCE值。在可见光和近红外区域中的外部量子效率超过80%。

    机理研究表明,引入PYT聚合物受体作为第三种成分在平衡相分离和材料结晶、促进激子分离、抑制载流子复合、增强和平衡电荷载流子迁移率以及三元异质结的快速电荷提取方面起着重要作用,因此获得了较高的FF和Jsc。更重要的是,与相应的二元体系相比,这种三元共混物显示出更少的能量损失,更好的光吸收和光热稳定性。该三元全聚合物体系在最大功率点(MPP)跟踪和连续光照下,以及在室温和高温下均具有出色的长期运行稳定性。该研究工作还强调,PY2F-T是一种有前途的聚合物受体,在光伏性能方面具有极大的优势,这将为全功能聚苯乙烯的潜在应用带来光明的未来。

    相关结果以“Achieving over 17% efficiency of ternary all-polymer solar cells with two well-compatible polymer acceptors”为题于4月23日发表在Joule上。

    此外,香港科技大学颜河教授、西安交通大学马伟教授等在室内OPV上取得了一项重要成果。

    研究人员开发了一种名为FCC-Cl的受体-给体-受体(A-D-A)型非富勒烯受体(NFA) 材料,FCC-Cl的重要设计原理是弱的供电子核和适度的吸电子端基的组合,这导致所需的带隙和高结晶度。FCC-Cl分子以氟二环戊噻吩作为核,TIC-Cl作为端基,吸收起始值为725 nm,并具有1.71 eV的光学带隙,适用于室内光伏技术。FCC-Cl受体可以与两种报道的供体聚合物(D18和PM6)结合使用,在阳光直射的条件下效率可达到13%以上,并且这两个系统在2600 K LED的100-2000 lux室内照明下,PCE超过25%。此外,D18:FCC-Cl共混物由于FCC-Cl的高吸收系数和强结晶性,还表现出一些优势:EQE大于85%,匹配的吸收光谱,相对较低的电压损耗和较低的电荷复合,80%的高FF。最终,D18:FCC-Cl器件在500 lux下的PCE达到了28.8%,这是OPV的室内最高PCE之一。此外,研究人员还证明了PM6:FCC-Cl器件的性能对活性层的厚度不敏感。当活性层的厚度从100纳米增加到300纳米时,PM6:FCC-Cl的器件的PCE仅降低了5%(从27.9%降至26.5%)。该室内OPV高的厚度容忍性是卷对卷大面积印刷产品的理想特性。该工作为开发高性能室内OPV器件提供了有效的OPV材料设计指导,并证明了室内OPV实际应用的可行性。

    相关结果以“A highly crystalline non-fullerene acceptor enabling efficient indoor organic photovoltaics with high EQE and fill factor”为题于4月28日发表在Joule上。

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