17.8%！《Adv Mater》重磅：最高效率之一的有機太陽能電池_風聞

本文獲得了17.8%的記錄效率，並獲得了17.3%的認證效率，是目前最高之一的有機太陽能電池認證效率。對於充分探索有機材料光伏性能、實現高效率器件具有重要指導意義。

有機太陽能電池具有可調節分子結構，易製備柔性器件等特徵，效率逐年遞增，並可通過低成本的溶液處理法來製備大面積電池，是未來可商業化的優秀材料。優化有機材料的分子結構是提高效率的最有效方式之一，在高效率的具有特定π-共軛骨架的分子體系中，微調烷基鏈是一種高明而又便捷的方法。

中科院化學研究所的科研人員對BTP-4Cl-BO(類Y6衍生物)這一非富勒烯受體進行烷基鏈優化，將BTP-eC11的烷基鏈邊縮短為正壬基與正庚基，得到了溶解度相對較差的BTP-eC7與具有良好溶解性的BTP-eC9，增大了電子傳輸性能的BTP-eC9的單結電池同時提高了短路電流密度和填充因子，獲得了17.8%的記錄效率，並獲得了17.3%的認證效率。研究顯示，最小化的烷基鏈獲得合適的溶解性與更強的分子間堆疊，對進一步提高器件光電性能有着指導意義。相關論文以”Single-Junction Organic Photovoltaic Cells with Approaching 18% Efficiency”為題與3月29日發表在Advanced Materials.

論文鏈接：

https://sci-hub.tw/10.1002%2Fadma.201908205

研究者在Y6小分子上氯取代了末尾氟原子得到BTP-4Cl，光吸收範圍擴寬，並製備BTP-eC7與BTP-eC9。在不同溶劑(氯苯，氯仿，鄰二氯苯)中比較受體材料的溶解性，並研究分子的結晶性與有序性，表現較為良好的BTP-eC9與剩餘兩種材料BTP-eC7與BTP-eC11共同與給體PBDBT-F混合溶液製備高性能太陽能電池，其中BTP-eC9由於出色的形貌特徵使得電荷傳輸得到有效改善並且抑制了電荷重組及不必要的非輻射覆合，而過短的烷基鏈使得材料BTP-eC7溶解度急劇下降，在混合溶液成膜過程中聚集性增大，薄膜形貌較差導致了器件的衰敗。

圖1：Y6分子結構（包含紅，綠兩種烷基鏈），通過三步分子結構調整：1.氯取代2.優化吡咯環上的烷基鏈3.調整邊緣的烷基鏈

圖2：(a).純膜吸收光光譜 (b).純膜高靈敏度EQE光譜 (c).純膜2D Giwaxs模式圖 (d). Inplane和out plane的切割輪廓

圖3：(a).三種器件J-V曲線 (b).BTP-eC9效率分佈圖 (c).BTP-eC9器件認證圖 (d).三種器件EQE曲線 (e).三種器件的Photo-CELIV曲線 (f).三種器件變光強曲線

圖4:（a.d）PBDBTF:BTP-eC11混合膜 AFM高度圖與相圖 (b.e)PBDBT-F:BTP-eC9混合膜AFM高度圖與相圖 (c.f)PBDBTF:BTP-eC7混合膜 AFM高度圖與相圖

總的來説，作者利用高性能受體材料Y6進行三步法改性獲得三種烷基鏈不同長度的受體材料，當調控合適長度並有最強分子間作用的BTP-eC9製備器件後，獲得了目前最高之一的有機太陽能電池認證效率。作者指出在材料共軛主鏈上巧妙的優化有機材料的化學結構對於充分探索其光伏性能具有重要意義，對製備工藝流程中加工技術的改善如：給受體多次混合，控制混合膜表面形貌，選擇高效能的傳輸層是實現高效率器件不可或缺的一環。(文：kirin)

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