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南方科技大学何凤副教授团队和北京大学赵达慧教授团队:氯取代助力三元全聚合物太阳电池效率提升至9.03%
2018-11-15  来源:中国科学化学
关键词:全聚合物电池

  与传统的聚合物太阳能电池(PSCs)相比,全聚合物太阳能电池(all-PSCs)具有成本低、机械性能高和形貌稳定等优点。近年来,全聚合物太阳能的光电转换效率(PCE)得到极大提升,最高的PCE记录由二元全聚合物太阳能电池实现,达到10%。然而,二元全聚合物太阳能电池混合活化层的光吸收范围较窄,限制了器件性能的进一步提升。而三元聚合物太阳能电池在光吸收和载流子转移方面优于二元全聚合物太阳能电池,具有获得更高PCE的潜力。而且与传统的叠层太阳能电池相比,三元聚合物太阳能电池的制备过程更为简单。

  南方科技大学的何凤副教授研究团队和北京大学的赵达慧教授研究团队利用PTB7-Th和氯取代的PBClT聚合物为共给体,NDP-V-C7为聚合物受体,制备了高效的三元全聚合物太阳电池。首先,PBClT和PTB7-Th具有相似的化学结构,PBClT中氯原子的引入微调了其能级排布,使两个给体聚合物之间出现能级差,并有利于形成级联能级,促进电荷的传输。其次,PBClT聚合物具有更深的HOMO能级,和NDP-V-C7制备的全聚合物太阳电池具有更高的开路电压(Voc)。

Fig. 1 (a) Chemical structures of PTB7-Th, PBClT and NDP-V-C7. (b) Normalized UV-Vis absorptions of PTB7-Th, PBClT and NDP-V-C7 films. (c)The molecular energy levels of PTB7-Th, PBClT and NDP-V-C7.

  因此,通过调整三元共混器件中PBClT的含量,可实现全聚合物太阳电池开路电压的精确调控,提高器件效率。最后,得益于PBClT和PTB7-Th的结构相似性,PBClT的引入能够进一步优化混合薄膜的形貌。通过器件优化,三元全聚合物太阳电池的光电转换效率达到了9.03%!

  论文链接:https://doi.org/10.1007/s11426-018-9371-0

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