郑州大学孙晨凯课题组 ACS Nano：低成本聚合物给体PTQ16-10实现19.52%效率的有机太阳能电池

2024-12-31 来源：高分子科技

溶液加工的有机太阳能电池(OSCs)凭借其轻便性、柔性、以及半透明性等优点，在光伏领域赢得了广泛瞩目。在有机光伏材料和器件工程快速发展的推动下，OSCs的能量转换效率(PCE)已超过20%，达到了商业化应用的门槛。要实现OSCs的产业化，低成本、高性能和高稳定性是必不可少的。然而，当前报道的大多数高性能有机光伏材料普遍面临合成工艺复杂、提纯难度大、产量有限等挑战，这些因素直接推高了光活性层材料的成本，这不利于实现大规模制备和商业化应用；同时，当前在探索低成本高效有机光伏材料方面，相关研究尚显不足。因此，开发新型的低成本和高性能的有机光伏材料对于推动OSCs的实际应用具有重要意义。

针对上述问题，在国家自然科学基金和河南省自然科学基金的大力支持下，郑州大学化学学院孙晨凯课题组通过在前期开发的低成本高效聚合物PTQ10的分子骨架中引入简单结构的苯并三氮唑(BTA)单元，设计合成了两个低成本的三元共聚物给体PTQ16-10和PTQ16-20。与PTQ10相比，BTA单元的引入导致了两个三元共聚物增加的光吸收系数、上移的能级、更有序的分子π-π堆积、增强的分子结晶度和更好的电荷传输能力。因此，基于PTQ16-10:K2的OSCs实现了增强的电荷生成和传输，最终实现了18.83%的PCE。此外，通过引入另一种结构相似的受体K6作为第三组分，基于PTQ16-10:K2:K6的三元体系的能级排列、微观形态和电荷转移得到了进一步优化。最终，三元器件实现了19.52%的PCE，这是基于低成本有机光伏材料的OSCs的最高PCEs之一。

相关研究成果以“Enhanced Charge Generation and Transport by Incorporating a Benzotriazole Unit for Low-Cost and High-Efficiency Organic Solar Cells”为题发表在国际顶尖学术期刊《ACS Nano》上，郑州大学化学学院博士研究生张曦曦为论文第一作者，郑州大学化学学院孙晨凯直聘教授为论文的通讯作者，郑州大学化学学院为第一单位。

论文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c12268

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