中科院化学所《AEM》：效率18.6%！有机太阳能电池最高值之一

体异质结(BHJ)有机太阳能电池(OSC)由于其重量轻、成本低、使用灵活等优点，是一种很有前途的太阳能利用技术。得益于光活性材料的创新，体异质结有机太阳能电池的功率转换效率(PCE)已达18%。人们已经认识到，高效有机太阳能电池的能量损耗(Elosss)一般在0.5 eV以上，远远大于硅和钙钛矿的能量损耗。体异质结有机太阳能电池(OSC)的能量损耗通常在0.5 eV以上，远大于硅和钙钛矿的能量损耗(Elosss)。得益于光活性材料的创新，体异质结有机太阳能电池(OSC)的能量转换效率(PCE)已达到18%。在保证有机太阳能电池(OSCs)良好的体相异质结形态的前提下，具有深埋最高占据分子轨道(HOMO)能级的共轭聚合物供体对于降低光伏损耗、提高功率转换效率(PCE)具有重要意义。然而，这类材料的开发一直滞后。

中科院化学研究所侯剑辉研究员团队报 道了一种基于噻二唑基的共轭聚合物Pb2F，其HOMO能级为5.64 eV，电致发光量子效率为3.9×10-3。在OSCs中，通过与IT-4F的电子受体共混效应，得到了14.5%的高电致发光效率和0.957 V的超高开路电压(VOC)。该共轭聚合物的HOMO能级为5.64 eV，电致发光量子效率为3.9×10-3。更重要的是，PB2F作为第三组分被添加到PBDB-TF：BTP-eC9共混物中，获得了18.6%的出色PCE(认证PCE为18.2%)，是OSCs中PCE最高的之一。相关文章以“A Thiadiazole-Based Conjugated Polymer with Ultradeep HOMO Level and Strong Electroluminescence Enables 18.6% Efciency in Organic Solar Cell”标题发表在Advanced Energy Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/aenm.202101705

图1.a)PB2F在氯苯溶液中随温度变化的吸收光谱。B)PB2F、PBDB-TF、IT-4F和BTP-eC9在薄膜中的吸收光谱。C)电极、界面层和光活性材料的能级排列。D)比较聚合物供体的HOMO水平和EQEELs。E)PB2F薄膜的AFM高度图像和相位图像以及F)PB2F薄膜的2D-GIWAXS图形。

图2.a，b)最佳OSC的J-V曲线。C)最优OSC的EQE曲线。D)在NIM上测得J-V曲线和功率密度曲线。E)最优OSCs的光致发光强度(Photo-CELIV)曲线。F)根据最佳OSCS的有效偏置Jph图。

图3.a，d)PB2F:BTP-eC9，b，e)PBDB-TF:BTP-eC9,和c，f)三值薄膜的AFM高度和相位图像。g-i)二元和三元薄膜的二维GIWAXS图。

图4.a)在400 nm，10µJ cm−2激发下，PBDB-TF:PB2F, PBDB-TF:BTP-eC9和三元混合薄膜的二维TAS图像2。探测了来自PB2F, PBDB-TF:PB2F, PBDB-TF:BTP-eC9和三元混合薄膜在d)518 nm处的衰减动力学，和e)来自PBDB-TF:BTP-eC9和三元混合薄膜的630 nm处的衰减动力学。从f) PBDB-TF:BTP-eC9和g)三元共混膜中探索了不同波长下的衰减动力学。

综上所述，本文设计并合成了一种新型的1，3，4-噻二唑基共轭聚合物PB2F，其HOMO能级深达−5.64 eV，EQEEL高达3.9×10−3。PB2F薄膜呈面状排列，π-π堆积能力强，空穴迁移率高达≈6.4×10−4cm2 V−1s−1。与前人的工作相比，它是迄今为止基于IT-4F的OSC中最高的VOC而不牺牲JSC和FF。本文的工作表明，1，3，4-噻二唑在构建高效OSCs的HOMO水平较深的聚合物供体方面具有很大的潜力。本文还强调了PB2F是一种优秀的聚合物给体，在二元和三元OSCs中都有很好的适用性。（文：SSC）

本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载请联系，未经许可谢绝转载至其他网站。