小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池研究进展

有机太阳能电池具有低成本、柔性和质量轻等优势,是一种有应用前景的光伏技术,受到人们的广泛关注.有机太阳能电池的光敏活性层通常由p-型有机半导体(包括小分子和高分子)与n-型有机半导体(包括小分子和高分子)共混而成.小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池具有形貌热稳定性优异的特点,值得深入研究.本综述旨在总结小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池的研究进展,分别介绍了基于酰亚胺基、氰基和含硼氮配位键(B←N)的高分子受体的活性层材料体系的发展状况.在器件性能方面,通过分子设计、相分离形貌调控,改善了小分子给体/高分子受体的匹配性,将该类电池的能量转换效率从最初的0.29%提升至目前的9.51%,为性能的进一步提升总结了经验;在稳定性方面,基于该体系形貌热稳定性优异的特点,开发出高温耐受型有机太阳能电池器件.最后,展望了小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池的未来发展方向和前景.

基于含氟异靛蓝的硼氮配位键高分子电子受体

采用含氟异靛蓝单元(fIID)和硼氮配位键桥联噻吩联噻唑单元(BNTT)交替共聚制备了高分子电子受体,聚(N,N’-双(2-庚基十二烷基)-含氟异靛蓝-co-双苯基硼氮配位键桥联噻吩联噻唑)(P-BN-fIID)。采用理论计算、紫外-可见吸收光谱、循环伏安测试以及掠入射X射线衍射等研究了材料的结构与性质的关系,并制备了全高分子太阳能电池器件,研究了其光伏性能。结果表明:与基于异靛蓝单元(IID)的高分子聚(N,N’-双(2-己基辛基)-异靛蓝-co-双苯基硼氮配位键桥联噻吩联噻唑)(P-BN-IID)相比较,含有氟原子的P-BN-fIID的最低未占据分子轨道能级(ELUMO)降低了0.1 eV,吸收光谱红移了25 nm;同时,P-BN-fIID的结晶性明显提高,具有相对紧密的堆积结构和较高的电子迁移率。采用经典的高分子给体聚(2-烷硫基噻吩取代的二维共轭苯并二噻吩-co-噻吩桥联苯并三氮唑)(J61)与P-BN-fIID共混组装的全高分子太阳能电池器件,其能量转化效率(PCE)为2.83%。说明氟原子可以有效调节高分子受体的光电性质和结晶性,高分子受体的结晶行为明显影响全高分子太阳能电池的器件性能。

全聚合物太阳能电池中聚合物受体的研究进展

简述了全聚合物太阳能电池的器件结构和工作原理。根据聚合物受体的结构组成模块,分别从小分子受体构建单元(包括给电子中心核与吸电子末端)和桥连单元的角度,综述了近几年聚合物受体材料的结构变化与效率发展,总结了每种结构优化手段对材料性质的影响。最后提出了聚合物受体目前仍存在的问题并展望了未来的发展趋势。

有机光伏电池受体材料研究

为提高有机光伏电池的能量转化效率,需开发新型受体材料。重点介绍了富勒烯、有机小分子、有机高分子3类受体材料以及相关的研究成果,并阐述了这些受体材料的演变规律,以及发展过程中面临的挑战和未来发展的方向,以期实现有机光伏电池的商业化应用。

共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池

全聚合物太阳电池(all-PSCs)由p-型共轭聚合物给体和n-型共轭聚合物受体共混活性层夹在ITO透明电极和金属顶电极之间所构成,除具有一般有机太阳电池器件结构简单、质量轻、可以制备成柔性和半透明器件等优点外,还具有形貌和光照稳定性好及抗弯折性能高等突出特点,最近成为有机太阳电池领域的研究热点。给体和受体光伏材料的吸收互补和能级匹配是获得高效all-PSC的关键。本文将介绍n-型共轭聚合物受体光伏材料的发展历史,重点介绍最近发展的窄带隙小分子受体高分子化的聚合物受体光伏材料,基于这类聚合物受体光伏材料的全聚合物太阳电池的能量转换效率已经超过了15%。最后对共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池下一步的研究方向和研究重点进行了展望。