聚合物太陽電池近年取得了不斷突破,很大程度得益于新型有機半導體分子和聚合物的快速發展。
有機分子和聚合物通過結構裁剪可大范圍調制其光、電和薄膜性質,從而實現區別于傳統無機太陽電池的多功能性的太陽電池器件,例如可見區透過,近紅外區高光譜響應度的半透明器件和全光譜吸收的疊層器件等。
其中,發展新型近紅外吸光的有機半導體材料(帶隙Eg< 1.4 eV)成為領域關注熱點。?
浙江大學高分子科學與工程學系的有機半導體實驗室已發展一系列基于非稠合或稠合骨架的近紅外電子受體分子。
最近,該實驗室的李昌治研究員和陳紅征教授等設計發展了一類近紅外電子受體分子,通過非對稱橋連基團的區域異構化和調控氟原子取代數目,改善分子共軛結構和軌道能級,獲得了性能優異的近紅外電子受體分子并成功建構響應波長可達1000 nm光譜的高效率聚合物太陽電池。
通過進一步與吸光帶邊800 nm的前電池搭配,制備得到高效率聚合物疊層太陽電池。
該工作得到華南理工大學葉軒立教授和香港中文大學路新慧教授在光學模擬和薄膜形貌測試方面的支持。
這一成果從分子骨架結構設計入手,通過探索理解其分子結構-薄膜特性-器件性能之間的構效關系,為發展近紅外電子受體分子和近紅外區高光譜響應度的聚合物太陽電池提供了新方法和新途徑。
Chen F X, Xu J Q, Liu Z X, et al. Near‐Infrared Electron Acceptors with Fluorinated Regioisomeric Backbone for Highly Efficient Polymer Solar Cells[J]. Advanced Materials, 2018, 30(52): 1803769.
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