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青岛大学,北京师范大学,东华大学,Angew.:创新设计提升有机太阳能电池效率:新型电子受体DM-F的突破

青岛大学,北京师范大学,东华大学,Angew.:创新设计提升有机太阳能电池效率:新型电子受体DM-F的突破 科学材料站
2024-06-05
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导读:青岛大学,北京师范大学,东华大学,Angew.:创新设计提升有机太阳能电池效率:新型电子受体DM-F的突破


文 章 信 息

创新设计提升有机太阳能电池效率:新型电子受体DM-F的突破

第一作者(或者共同第一作者):路皓,李大伟

通讯作者:刘亚辉,薄志山

通讯单位:青岛大学,北京师范大学,东华大学


研 究 背 景

随着有机太阳能电池光电转换效率(PCE)的不断刷新,在未来具有很大的应用潜力。目前基于稠环电子受体有机太阳能电池效率不断刷新,但距离商业化推广还有一定的距离。近期,由青岛大学薄志山教授,刘亚辉教授和路皓副教授等通过合理的分子设计,将单结电池推到了一个新的记录。

突破性进展:在有机太阳能电池(OSCs)领域,非辐射能量损失(∆Enr)的降低与电池性能的提升一直是研究的热点。青岛大学薄志山教授,刘亚辉教授和路皓副教授等在这一领域取得了显著的突破。他们设计并合成了一种新型的A-D-A型融合环电子受体,命名为DM-F,该材料含有刚性三维侧基(图中红色部分),而其分子骨架为平面型。这一创新设计有效抑制了受体分子形成H-聚集体,促进了J-聚集体的形成,并显著提升了受体在薄膜中的光致发光量子产率(PLQY)。


主 要 成 果 概 览

高PLQY与强结晶性:DM-F展示了高达9.8%的PLQY和优异的结晶性,这有助于减少非辐射能量损失,提高OSCs的效率。

近红外吸收:DM-F具有显著的近红外吸收能力,其吸收边缘延伸至920纳米,有助于捕获更多光子,提升电池的能量转换效率。

高性能电池:基于DM-F的有机太阳能电池(OSCs)实现了高量子效率(EQEEL)和极低的∆Enr(0.137 eV),这是目前报道的OSCs中最低的值。此外,二元和三元OSCs的功率转换效率(PCE)分别达到了16.16%和20.09%,标志着OSCs领域效率的新高峰。


研 究 亮 点

分子设计:DM-F的分子设计突破了传统,通过引入三维侧基,有效抑制了H-聚集体的形成,同时促进了J-聚集体的形成,这为高PLQY的实现提供了新策略。

性能提升:DM-F的应用不仅提升了受体的PLQY,还增强了其结晶性,这对于提高OSCs的效率至关重要。

形态调控:通过AFM和TEM等技术,研究人员发现DM-F的加入改善了活性层的形态,有助于电荷传输和提升光伏性能。


结    论

本研究通过创新的分子设计,成功开发了具有高PLQY和强结晶性的新型小分子受体DM-F,为有机太阳能电池的效率提升开辟了新途径。这一成果不仅在学术上具有重要意义,也为未来高效率OSCs的实际应用奠定了坚实的基础。


文 章 信 息

Designing A-D-A Type Fused-Ring Electron Acceptors with a Bulky 3D Substituent at the Central Donor Core to Minimize Non-Radiative Losses and Enhance Organic Solar Cell Efficiency

https://doi.org/10.1002/anie.202407007


通 讯 作 者 简 介

薄志山教授简介:吉林大学学士、硕士、博士,德国柏林自由大学和美国北卡州立大学博士后,2002年任中国科学院化学研究所研究员,2002年获得基金委“杰出青年科学”基金支持,教育部长江学者特聘教授(2015-2020),教育部长江学者创新团队带头人,能量转换与存储材料北京市重点实验室主任。主要从事共轭聚合物光电功能材料的合成与性能研究,在国际重要学术期刊发表学术论文300余篇,包括Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Sci. China Chem., Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., Chem. Mater., Macromolecules等高水平论文。


刘亚辉教授,青岛大学教授,山东省优青,山东省青年泰山学者。2013、2018年于北京师范大学获得学士、博士学位,师从薄志山教授。2020年加入青岛大学纺织服装学院,功能染料与应用技术研究院核心成员,硕/博士生导师,主持国家青年基金、面上项目等。研究方向:有机光电材料与器件,如有机太阳能电池关键材料、钙钛矿太阳能电池空穴传输材料等,开发了多种非富勒烯受体材料,共轭聚合物给体材料等。至今发表SCI论文70余篇,包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Sci. China Chem., Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., Chem. Mater., Macromolecules等高水平论文。


招 聘 启 事

青岛大学功能染料与应用技术研究院高薪诚聘博士后若干人,课题组网址:https://www.x-mol.com/groups/gnrlyyyjs,课题组致力于光电材料与器件的研究,包括太阳能电池材料、器件物理、钙钛矿太阳能电池、发光二极管和柔性可穿戴器件等。博士后招聘详情请访问(http://rlzy.qdu.edu.cn/info/1003/2229.htm)。只要你也与我们一样有激情有梦想,请加入我们,我们可以一起相聚在青岛开创未来,有意者请联系:liuyh@qdu.edu.cn


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