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陈红征团队发《Advanced Materials》一篇

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发表于 7 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
浙江大学陈红征团队《AM》:逐步沉积携手三元攻破18%以上有机光伏效率                                                              
有机光伏电池(OPVs)作为新一代光伏技术,承载着绿色能源的美好愿景。在迈向商业应用的道路上,改善有机光伏电池的光电转化效率,是目前的首要考虑因素。而实现OPVs效率的提升,目前主要集中在两个方面:一是新型光伏材料的设计;二是新型器件工艺的开发。譬如,在新型光伏材料的设计上,最近兴起的Y系列受体材料,可以平衡低能损和高光电流响应之间的矛盾,从而使OPVs的效率跃升到17%以上。再譬如,在新型器件工艺的开发上,采用多组分(至少三个组分)的活性层材料来实现光电性质互补和形貌优化,也能大幅改善器件性能。然而,不管是新型光伏材料的设计还是新型器件工艺的开发,改善活性层的形貌,使之趋近于理想的状况至关重要。由于OPVs采用三明治型的纵向分布结构,比较理想的活性层形貌,应该是具有一定纵向分布的,即给体更富集在阳极附近,而受体更富集在阴极附近。然而,非富勒烯OPVs由于给受体相似的化学结构所导致较好的相容性,使纵向分布结构的形成变得困难重重。研究人员也尝试采用逐步沉积(LbL)的方法来调控纵向分布,但又往往会受到一些条件的限制,大大降低了普适性。
            
鉴于此,浙江大学陈红征教授左立见研究员携手香港中文大学路新慧教授报道了一种调控活性层纵向分布、实现18%以上高效率的新策略。该策略将逐步沉积的方法与三元组分相结合,引入一种低相容性的不对称受体作为第三组分,在逐步沉积的过程中,实现结晶的增强和纵向分布的形成,从而改善活性层中的电荷产生与电荷收集,实现效率的最大化。相关工作以“Layer-by-Layer Processed Ternary Organic Photovoltaics with Efficiency over 18%”为题,发表在材料类期刊《Advanced Materials》上。
            
该工作采用PM6:BO-4Cl作为主体二元体系,采用BTP-S2作为第三组分。其中,BTP-S2是陈红征团队开发的一种具有低能损的不对称受体材料,并且与BO-4Cl可以在吸收上形成很好的互补。
            
            
            
图1 分子结构式、吸收、器件结构和能级分布
            
BTP-S2作为第三组分构筑的三元器件,相较于二元体系,可以实现开路电压、短路电流密度和填充因子的全方面提升;逐步沉积法制备的三元器件,相较于本体异质结的三元器件,可以进一步提升开路电压、短路电流密度和填充因子,从而进一步提升器件效率,最高效率达到18.16%,第三方认证效率为17.8%。
            
            
            
图2 光伏性能
            
TOF-SIMS表征揭示,二元器件,不管是本体异质结还是逐步沉积,都无法形成纵向分布;三元器件,本体异质结仍旧不能形成纵向分布,而逐步沉积则能形成明显的纵向分布,从而构筑p-i-n型的活性层形貌。
            
            
            
图3 纵向分布和逐步沉积三元器件制备过程
            
通过接触角测试发现,BTP-S2与PM6的相容性要明显小于BO-4Cl与PM6的相容性,引入25%含量的BTP-S2就可以显著降低给受体之间的相容性,这对于逐步沉积过程中纵向分布的形成,至关重要。
            
            
            
图4 接触角测试
            
通过GIWAXS形貌表征发现,三元体系都比相应的二元体系,有更大的晶体相干长度,此外逐步沉积三元体系,相比于本体异质结三元体系,有更强的结晶强度和更紧密的分子堆叠,从而有利于促进电荷传输。
            
            
            
图5 GIWAXS形貌表征
            
本文通讯作者为浙江大学陈红征教授左立见研究员和香港中文大学路新慧教授,第一作者为占玲玲博士,共同第一作者为李水兴博士
            
来源:高分子科学前沿



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发表于 7 天前 | 显示全部楼层
陈红征、陈红胜是哥俩吗?
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发表于 6 天前 | 显示全部楼层
陈红征是女的
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