网站首页/有机动态/有机试剂/Angew. Chem. :活性层材料的结晶及相容性优化实现高效有机太阳能电池
Angew. Chem. :活性层材料的结晶及相容性优化实现高效有机太阳能电池

调控有机半导体材料在活性层中的结晶聚集行为以形成良好的纳米尺寸相分离互穿网络结构,是制备高性能有机太阳能电池的关键。得益于高性能非富勒烯受体Y6及其衍生物的创新发展,目前有机太阳能电池的光伏性能已超过19%。然而这类小分子受体具有强的结晶和自聚集特性,增加了活性层相分离形貌优化的难度。在主二元体系中添加第三组分客体材料,通过调整主客体材料间的相容性,可以有效调控分子结晶和聚集行为,实现理想的相分离形貌。但客体分子结构与主体材料间的相容性关系及其对活性层形貌的调控机制尚不明确,给高性能三元共混光伏的构筑带来挑战。


最近,苏州大学李永舫院士团队崔超华教授等人通过改变Y6分子的中心核和端基单元设计合成了三种增容材料(BTBT,BTP-Th和BTP-2Th)以抑制Y6及其衍生物的过度自聚集,进一步优化了活性层的相分离形貌。因此,基于PTQ10:m-BTP-PhC6:BTP-Th的三元器件实现了超过18.53%的光电转换效率。该该工作揭示了第三组分客体分子结构-结晶性/与主给受体相容性-活性层相分离形貌-器件性能的关系,为高效第三组分材料的分子设计提供了思路。



1

GIWAXS测试表明通过减弱Y6中心核刚性以及选用噻吩基端基可以降低材料结晶性(结晶性:Y6 > BTPT > BTP-Th > BTP-2Th)。DSC测试表明三种客体材料均能够有效抑制Y6结晶,促进给受体相容。同时三种材料与Y6的相容性强弱顺序为:BTPT > BTP-Th > BTP-2Th。因此,端基单元是影响这类客体分子结晶性及其与主体材料相容性的关键因素。

2

薄膜形貌测试直观地表明添加第三组分能够有效地减弱Y6分子的过自聚集,形成良好的相分离形貌,有利于器件获得高的填充因子。同时,三种客体材料与给/受体间的互容性差异导致了不同的相分离尺寸:客体材料与PTQ10相容性越好(与Y6相容性越差),其相应的三元共混膜的相分离尺寸越小。

3

得益于更优的共混膜形貌、高效的载流子传输、抑制的非辐射复合以及更加有序的分子Face-on堆积取向,三元器件取得了较二元器件更加优异的光伏性能。


该工作通过Y6分子的中心核及端基单元的修饰,合成制备了三种用于调控非富勒烯受体活性层形貌的第三组分客体材料,明确了分子结构与材料结晶性及相容性的关系,系统揭示了第三组分材料的结晶性和相容性在抑制Y6及其衍生物受体过度聚集和调控共混膜相分离形貌上的作用机制,有效构筑了高性能有机光伏器件,为高效第三组分材料的分子设计提供了思路。

文信息

论文信息

Morphology Optimization of the Photoactive Layer through Crystallinity and Miscibility Regulation for High-performance Polymer Solar Cells

Hang Yang, Sunan Bao, Naizhe Cui, Hongyu Fan, Kewei Hu, Chaohua Cui, and Yongfang Li

该工作第一作者是苏州大学杨航博士,通讯作者为苏州大学崔超华教授。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202216338




纳孚服务
  • 化学试剂
  • 提供稀有化学试剂现货

  • 化学试剂定制合成服务
  • 上海纳孚生物科技有限公司提供市场稀缺的化学试剂定制服务

  • 新材料现货
  • 上海纳孚生物科技有限公司代理或自产包含石墨烯产品,类石墨烯产品、碳纳米管、无机纳米材料以及一些高分子聚合物材料

  • 结构设计及定制合成
  • 可以根据客户需求对所需化合物结构进行设计改性,从而定制合成出客户所需分子式结构

  • 联系我们
  • 021-58952328
  • 13125124762
  • info@chemhui.com
  • 关注我们
在线客服
live chat