化學所非富勒烯全小分子太陽能電池效率研究獲進展

化學所非富勒烯全小分子太陽能電池效率研究獲進展

溶液可加工本體(ti) 異質結太陽能電池具有質量輕、成本低、可采用溶液印刷方法製備柔性大麵積電池麵板等優(you) 勢，成為(wei) 了近年來新能源研究領域的研究熱點。

本體(ti) 異質結太陽能電池活性層由溶液可加工的共軛聚合物或小分子給體(ti) 與(yu) 受體(ti) 共混組成。

其中，以富勒烯及其衍生物製備的電子受體(ti) 材料為(wei) 有機太陽能電池領域的發展做出了巨大貢獻，但這類材料也存在自身缺陷，如C₆₀、C₇₀的合成及製備富勒烯衍生物的原材料成本較高，且製備和提純困難；在可見光區吸收較弱，且很難拓寬。

因此，研究者合成了許多非富勒烯聚合物和小分子受體(ti) 材料並將其廣泛應用在有機太陽能電池中。小分子材料具有明確的分子結構，無合成批次差別，因此有機小分子太陽能電池的研究也引起了人們(men) 的廣泛關(guan) 注。

近年來，基於(yu) 富勒烯受體(ti) 的小分子太陽能電池的能量轉換效率已經可以與(yu) 聚合物太陽能電池相媲美，但以非富勒烯受體(ti) 材料製備的小分子太陽能電池性能卻較差。

目前為(wei) 止，基於(yu) 非富勒烯小分子太陽能電池僅(jin) 取得了7%的能量轉換效率。鑒於(yu) 非富勒烯小分子太陽能電池具有非富勒烯受體(ti) 材料和小分子給體(ti) 材料的雙重優(you) 勢，其研究將成為(wei) 有機太陽能電池領域的重要課題。

化學所非富勒烯全小分子太陽能電池效率研究獲進展

然而，與(yu) 非富勒烯聚合物太陽能電池和小分子富勒烯太陽能電池相比，非富勒烯小分子太陽能電池麵臨(lin) 巨大挑戰。

首先，非富勒烯受體(ti) 材料具有各向異性的共軛骨架和超快的電荷轉移，很大程度上受給受體(ti) 分子間堆積影響；然而，調製分子間堆積的方法仍不明朗。

其次，小分子活性層的相分離形貌和小分子太陽能電池的光伏性能對器件製備條件更加敏感；因此，雖然非富勒烯小分子太陽能電池具有非富勒烯受體(ti) 材料和小分子給體(ti) 材料的雙重優(you) 勢，但率非富勒烯小分子太陽能電池的製備仍具有很大挑戰。

中國科學院化學研究所高分子物理與(yu) 化學實驗室侯劍輝課題組研究人員設計合成了以三個(ge) 二維烷基噻吩取代的BDT為(wei) 中心單元，3-乙基羅丹寧為(wei) 端基的A-D-A小分子，DRTB-T(見下圖)。

DRTB-T的光學帶隙為(wei) 2.0eV，HOMO能級為(wei) -5.51eV。以DRTB-T為(wei) 給體(ti) ，IC-C6IDT-IC為(wei) 受體(ti) 製備了非富勒烯小分子太陽能電池，並通過溶劑退火的方法對其形貌進行調控，zui終獲得了9.08%的能量轉換效率，這是目前報道的非富勒烯小分子太陽能電池的zui率，這項研究zui近發表在《美國化學會(hui) 誌》（J. Am. Chem. Soc. 2017 , 139,1958-1966）。

非富勒烯全小分子太陽能電池材料與(yu) 性能示意圖

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