宽带隙太阳能电池材料及其叠层器件研究获进展

 新闻资讯     |      2021-10-03 01:41
本文摘要:聚合物太阳能电池具备质量重、柔性及低成本等独有的优势,近10多年来受到世界各国科学工作者的普遍注目。如何在拓宽材料分子吸取的同时,维持低开路电压是有机光伏领域一个最重要研究内容。 使用叠层器件结构将两个具备有所不同吸取范围的单结电池串联一起,可以同时构建长吸收光谱与低开路电压,是提高有机太阳能电池效率的有效地方法之一。目前宽带隙聚合物光伏材料的种类比较较较少,这在一定程度上容许了叠层电池的子电池之间的光谱有序,进而容许效率的进一步提高。

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聚合物太阳能电池具备质量重、柔性及低成本等独有的优势,近10多年来受到世界各国科学工作者的普遍注目。如何在拓宽材料分子吸取的同时,维持低开路电压是有机光伏领域一个最重要研究内容。

使用叠层器件结构将两个具备有所不同吸取范围的单结电池串联一起,可以同时构建长吸收光谱与低开路电压,是提高有机太阳能电池效率的有效地方法之一。目前宽带隙聚合物光伏材料的种类比较较较少,这在一定程度上容许了叠层电池的子电池之间的光谱有序,进而容许效率的进一步提高。在国家杰出青年基金项目、中国科学院战略性先导科技专项等资助下,中科院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室郑庆东课题组和西安交通大学教授马伟课题组针对这些现状和问题,设计制备了一类不含梯形米粉的环引达省并二噻吩单元的D--A型宽带隙聚合物材料。该材料构建了对聚合物的能级、带上隙、分子链构象以及载流子传输性能的优化,最后提升电池器件的光电切换效率。

基于优化后的聚合物,制取了光电切换效率为8.15%的单结太阳能电池。更进一步地,他们使用该类宽带隙聚合物和基于苯并二噻吩类窄带隙聚合物(PTB7-Th)分别作为前电池和后电池的给体材料,利用新型二元混合界面层,顺利制取了叠层太阳能电池,器件切换效率约11.15%,开路电压约1.70V。涉及结果近期在线公开发表于《纳米能源》(NanoEnergy,2017,33,313-324)。

该工作不仅为高效宽带隙聚合物材料的设计制备获取了一个新思路,也为叠层太阳能电池中界面层获取了一个新的自由选择。此前,该团队将不平面茚并噻吩作为构筑单元用作系列新型宽带隙聚合物太阳能电池材料的设计与制备(Adv.Mater.2016,28,3359-3365,Adv.Electron.Mater.,2016,2,1600340),顺利制取了开路电压高达1.0V同时切换效率约9.0%以上的太阳能电池器件。另外该团队还应邀编写了为题Recentadvancesinwidebandgapsemiconductingpolymersforpolymersolarcells的综述论文(J.Mater.Chem.A,2017,5,1860-1872)。


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