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澳门皇冠844网站,溶液可加工本体异质结太阳能电池具有质量轻、成本低、可采用溶液印刷方法制备柔性大面积电池面板等优势,成为了近年来新能源研究领域的研究热点。本体异质结太阳能电池活性层由溶液可加工的共轭聚合物或小分子给体与受体共混组成。其中,以富勒烯及其衍生物制备的电子受体材料为有机太阳能电池领域的发展做出了巨大贡献,但这类材料也存在自身缺陷,如C60、C70的合成及制备富勒烯衍生物的原材料成本较高,且制备和提纯困难;在可见光区吸收较弱,且很难拓宽。因此,研究者合成了许多非富勒烯聚合物和小分子受体材料并将其广泛应用在有机太阳能电池中。小分子材料具有明确的分子结构,无合成批次差别,因此有机小分子太阳能电池的研究也引起了人们的广泛关注。近年来,基于富勒烯受体的小分子太阳能电池的能量转换效率已经可以与聚合物太阳能电池相媲美,但以非富勒烯受体材料制备的小分子太阳能电池性能却较差。目前为止,基于非富勒烯小分子太阳能电池仅取得了7%的能量转换效率。鉴于非富勒烯小分子太阳能电池具有非富勒烯受体材料和小分子给体材料的双重优势,其研究将成为有机太阳能电池领域的重要课题。

综述:聚合物/富勒烯太阳能电池的研究进展

然而,与非富勒烯聚合物太阳能电池和小分子富勒烯太阳能电池相比,高效非富勒烯小分子太阳能电池面临巨大挑战。首先,非富勒烯受体材料具有各向异性的共轭骨架和超快的电荷转移,很大程度上受给受体分子间堆积影响;然而,调制分子间堆积的方法仍不明朗。其次,小分子活性层的相分离形貌和小分子太阳能电池的光伏性能对器件制备条件更加敏感;因此,虽然非富勒烯小分子太阳能电池具有非富勒烯受体材料和小分子给体材料的双重优势,但高效率非富勒烯小分子太阳能电池的制备仍具有很大挑战。

在太阳能电池家族中,可溶液制备的聚合物太阳能电池因其具有成本低,重量轻、柔性好、颜色可调、易于制备大面积、半透明电池板等独特的优点而成为近年来可再生能源研究领域的热点。1992年Alan J. Heeger教授组发现了共轭聚合物和富勒烯之间存在超快的电荷转移,并在1995年实现了由溶液制备的聚合物/富勒烯衍生物PCBM体异质结太阳能电池。此后,在过去的20余年里,人们先后在共轭聚合物吸光材料的设计与合成、器件的工作机理、活性层形貌与电子给-受体分相行为的调控、界面层的影响与低成本器件工艺等方面做了大量的研究并取得了很多突破性的进展,使得聚合物太阳能电池的效率提高至11%左右。适时地回顾这20年走过的历程将有利于进一步推进该领域的发展和推进大面积印刷聚合物太阳能电池板产业化进程。

化学所高分子物理与化学实验室研究人员设计合成了以三个二维烷基噻吩取代的BDT为中心单元,3-乙基罗丹宁为端基的A-D-A小分子,DRTB-T。DRTB-T的光学带隙为2.0eV,HOMO能级为-5.51eV。以DRTB-T为给体,IC-C6IDT-IC为受体制备了非富勒烯小分子太阳能电池,并通过溶剂退火的方法对其形貌进行调控,最终获得了9.08%的能量转换效率,这是目前报道的非富勒烯小分子太阳能电池的最高效率,这项研究最近发表在美国化学会志(J. Am. Chem. Soc.**2017* , 139*, 1958-1966)。

最近,由瑞典Linkping University(林雪平大学)的张凤玲教授、OlleIngans教授,华中科技大学周印华教授和德国Dresden Universityof Technology (德累斯顿工业大学)KoenVandewal教授共同撰写的综述文章聚合物/富勒烯太阳能电池的研究进展已在《国家科学评论》2016年第2期发表。该综述主要回顾了聚合物太阳能电池活性层中的聚合物材料由宽带隙向窄带隙材料的认识和发展过程;器件工艺的同步发展,包括活性层形貌、界面功函数调控以及非真空过程制备电池的实现等;对器件工作机理的逐步理解,包括电荷转移态、载流子迁移率等对开路电压、短路电流和填充因子的影响等和对未来聚合物太阳能电池的材料、器件结构、工艺及集成应用等方面的建议和展望。

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