【重點摘要】

1. 提出了宏環(huán)封裝策略,通過在四噻吩外圍導入融合烷基側鏈實現。

2. 將該策略應用于非全融合四噻吩類受體材料。

3. 實現了高達15.1%的轉化效率。

【宏環(huán)封裝策略實現高效有機太陽能電池】

有機光伏一直被視為下一代可再生能源的重要候選技術。但是其光電轉換效率一直無法達到與無機光伏裝置媲美的水平。非全融合四噻吩類受體材料被認為是實現高效有機太陽能電池的一個有前景的方法。

【宏環(huán)結構限制分子構象,提升分子堆積效率】

在美國伯明翰南方研究院的最新研究中,通過在四噻吩外圍導入環(huán)烷基側鏈,形成宏環(huán)封裝結構。這種設計可以鎖定中央分子部分的構象,生成平面分子骨架,有利于分子的高效堆積。

【對照組件構象扭曲,分子堆積效率降低】

相比之下,沒有宏環(huán)封裝限制的對照分子則出現了扭曲變形的構象。這種構象變化會降低分子堆積的有效性,進而影響相關器件的性能。

【噻吩宏環(huán)受體器件效率達15.1%】

基于四噻吩宏環(huán)受體R4T-1的有機太陽能電池成功實現了15.1%的高效率。

【宏環(huán)封裝策略指明下一步優(yōu)化方向】

這項研究為構建高性能有機太陽能電池提供了新的思路。隨著在分子設計和器件工程方面的持續(xù)優(yōu)化,有機太陽能電池20%效率的目標指日可待。

研究使用光焱科技太陽光模擬器SS系列 與量子效率測試系統(tǒng) QE-R來協(xié)助量測。

通過在簡單的四噻吩上進行宏環(huán)封裝設計出非全融合受體R4T-1,該結構實現了構象的單一性,消除了分子中心的電子跨效應,并保證了高效電荷傳輸通道的形成。因此,實現了高達15.10%的轉化效率,短路電流密度顯著提高至25.48 mA/cm2。

圖S7. JD40:4T-5和JD40:R4T-1的J1/2-V曲線,(a)空穴型器件和(b)電子型器件。