“受体”兼具高效率、低成本、高稳定的n-型光伏材料为有机光伏添砖加瓦

时间：2022-09-27 18:50:01来源：化工仪器网

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有机光伏电池具有质轻、柔性、可溶液加工等优点，是一项具有广阔应用前景的新能源技术，同时也是当前太阳能电池技术的前沿热点研究方向。近年来，得益于新型光伏材料的发展，有机光伏电池的光电转化率取得了飞速的提升，展示出了其巨大的实际应用潜力。

近年来，得益于非富勒烯受体的发展，有机太阳能电池的光电转换效率取得重大突破。然而，目前已具有的有机光伏材料仍然存在着结构复杂、合成步骤繁多、产率低等问题，同时兼具高稳定性、低成本和高效率的有机光伏材料与器件仍具挑战，成为其商业化应用的制约瓶颈。

近日，中科院化学研究所有机固体院重点实验室研究员朱晓张课题组基于在n-型光伏材料的设计、合成及器件应用方面的积累，受到高迁移率稠环有机半导体成功设计的启发，在2021年提出了“全稠环电子受体(AFAR)”的设计概念，在n-型光伏材料与器件研究方面开展深入研究。

为了解决非富勒烯受体的宏量制备问题，研究人员利用高效分子内双C-H活化/环化方法开发了一套完整的合成路线，实现了一天内10克级材料的宏量制备，与目前报道的非富勒烯受体相比，其表现出更低的合成成本。他们通过引入基于苯并噻二唑的核心骨架，发展了新的全稠环电子受体材料(F-受体)，实现了近红外响应性。

研究表明，F-受体具有比主流3-(二氰基亚甲基)靛酮(ICNC)类受体更加优异的薄膜稳定性。单晶X射线结构分析表明，F-受体具有三维蜂窝型堆积结构，有利于电荷传输。基于全稠环电子受体的器件获得了13%的光电转化效率，是非INCN类受体材料的效率最高值。此外，空气中加工基于F-受体的器件展示出优良的光稳定性，表现出极小的“burn-in”损失。

该课题组所提出的设计概念发展了高稳定性的光伏受体材料，其表现出更低的分子重组能和优异的化学、光化学及热稳定性，实现了接近10%的效率，该工作为协同解决有机太阳能电池中的成本、效率和稳定性难题提供了范例，同时也构筑了系列高性能光伏器件。相关成果发表在CCS. Chem.(2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202201963)上。