兼具高效率、低成本、高穩定的n-型光伏材料為有機光伏添磚加瓦
【化工儀器網 項目成果】有機光伏電池具有質輕、柔性、可溶液加工等優點，是一項具有廣闊應用前景的新能源技術，同時也是當前太陽能電池技術的前沿熱點研究方向。近年來，得益于新型光伏材料的發展，有機光伏電池的光電轉化率取得了飛速的提升，展示出了其巨大的實際應用潛力。
近年來，得益于非富勒烯受體的發展，有機太陽能電池的光電轉換效率取得重大突破。然而，目前已具有的有機光伏材料仍然存在著結構復雜、合成步驟繁多、產率低等問題，同時兼具高穩定性、低成本和高效率的有機光伏材料與器件仍具挑戰，成為其商業化應用的制約瓶頸。
近日，中科院化學研究所有機固體院重點實驗室研究員朱曉張課題組基于在n-型光伏材料的設計、合成及器件應用方面的積累，受到高遷移率稠環有機半導體成功設計的啟發，在2021年提出了“全稠環電子受體(AFAR)”的設計概念，在n-型光伏材料與器件研究方面開展深入研究。
為了解決非富勒烯受體的宏量制備問題，研究人員利用高效分子內雙C-H活化/環化方法開發了一套完整的合成路線，實現了一天內10克級材料的宏量制備，與目前報道的非富勒烯受體相比，其表現出更低的合成成本。他們通過引入基于苯并噻二唑的核心骨架，發展了新的全稠環電子受體材料(F-受體)，實現了近紅外響應性。
研究表明，F-受體具有比主流3-(二氰基亞甲基)靛酮(ICNC)類受體更加優異的薄膜穩定性。單晶X射線結構分析表明，F-受體具有三維蜂窩型堆積結構，有利于電荷傳輸。基于全稠環電子受體的器件獲得了13%的光電轉化效率，是非INCN類受體材料的效率最高值。此外，空氣中加工基于F-受體的器件展示出優良的光穩定性，表現出極小的“burn-in”損失。
該課題組所提出的設計概念發展了高穩定性的光伏受體材料，其表現出更低的分子重組能和優異的化學、光化學及熱穩定性，實現了接近10%的效率，該工作為協同解決有機太陽能電池中的成本、效率和穩定性難題提供了范例，同時也構筑了系列高性能光伏器件。相關成果發表在CCS. Chem.(2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202201963)上。
兼具高效率、低成本、高穩定性的全稠環F-受體材料
(資料參考來源：中國科學院化學研究所)
(圖片來源：中國科學院化學研究所)
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