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甯波材料所在有機太陽能電池研究方面取得重要進展
作者:,日期:2019-12-12

  面對能源的巨大需求和日趨嚴重的環境汙染問題,太陽能是大自然賦予人類的一個取之不盡、用之不竭的能源寶庫,新型的太陽能電池技術得到了廣泛的重視。有機太陽能電池(OSC)具有質量輕、超薄、柔性、易于大面積制備等諸多優點,在便攜式、柔性電池、光伏建築供能等領域具有廣闊的應用前景。

  中國科學院宁波材料技术与工程研究所葛子义课题组在有机太阳能电池领域取得新进展。通过增加苯并噻二唑七元稠环Y6非富勒烯受体上烷基侧链的长度,调控其分子排列和溶解性,合成了一种新型的小分子受体材料BTP-4F-12。采用非卤溶剂THF代替氯苯加工,制备的单节二元OSC效率达到16.4%。该工作以“Eco-compatible solvent processed organic photovoltaic cells with over 16% efficiency”为题发表在Advanced Materials(2019, 31, 1903441)上。全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903441

  此外,課題組采用三元共混策略,即通過在寬帶隙聚合物給體PM6和窄帶隙受體Y6二元體系中引入第三組分PC71BM,进一步拓宽光活性层的吸收范围和优化薄膜的形貌,获得了单结刚性16.67%和柔性14.06%效率的OSC原型器件,这是目前公开报道的效率最高的柔性OSCs。电池经过1000次连续弯曲(弯曲半径r = 5.0 mm)后,仍能保持初始效率的90%,表现出非常好的耐弯折性能,这为制备高效的OSC柔性器件提供了重要的指导。该工作以“16.67% Rigid and 14.06% Flexible Organic Solar Cells Enabled by Ternary Heterojunction Strategy”为题发表在Advanced Materials上(2019, 31, 1902210)。全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902210

  上述研究得到了国家重点研发计划(2016YFB0401000)、国家自然科学基金(51773212、21574144、61705240和21674123)、浙江省杰出青年基金(LR16B040002)、宁波市科技创新团队(2015B11002、2016B10005)、中科院前沿科学重点研究项目(QYZDB-SSW-SYS030)和中科院重点國際合作项目(174433KYSB20160065)等资助。

图1 (a)分子结构,(b)J-V曲线,(c)PBDBTF:BTP-4F-12体系的2D GIWAXS图,(d)EQE曲线,和(e)photo-CELIV测试结构

图2 (a)电池结构示意图和J-V曲线,(b)不同半径(r = 2.5, 5.0和7.5 mm)弯曲测试后的效率变化

  (新能源技术所 彭瑞祥)