Joule：二聚体小分子受体实现高效稳定的有机太阳能电池

• 阅读： 2023/2/16 10:54:18

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  前言回顾

  高功率转换效率（PCE）和操作稳定性是有机太阳能电池（OSCs）商业化应用的先决条件。尽管目前已经开发了各种小分子受体（SMAs），使得OSCs的PCE显著增加，但这些器件的PCE仍然低于其它类型的光伏电池，如钙钛矿太阳能电池等，主要是由于OSCs器件的开路电压较低（VOC＜0.9 V）。此外，OSCs的长期稳定性被认为是商业化的主要瓶颈。

  图1.相关给受体结构以及能级排列

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  文献简介

  为了同时改善这些问题，韩国庆尚国立大学Yun-Hi Kim等人开发一种具有离散分子结构的低聚型受体（DYBO），其由一个给电子单元苯并二噻吩（BDT）共价连接两个SMA单元。DYBO的设计策略是（1）通过SMA的二聚化来增加玻璃化转变温度（Tg）并降低扩散系数，（2）通过引入给电子连接体来提高DYBO的LUMO能级，以及（3）确保DYBO具有平面化分子构象的高电子迁移率。

  图2.PM6:MYBO和PM6:DYBO OSCs的光伏性质

  研究结果显示，基于PM6:DYBO的OSCs器件具有高效且稳定的性能，其PCE超过18%，同时VOC为0.968 V，明显优于基于单体受体（MYBO）的对应物（PCE=17.1%，VOC=0.877 V）。其中，前者器件改进的VOC主要归因于DYBO的相对较高的LUMO能级和活性层电压损耗的降低。更重要的是，DYBO的Tg（179°C）远高于MYBO（Tg=80°C）。因此，基于DYBO的OSCs器件在各种外部应力（例如热应力和光暴露）下表现出优异的形态稳定性，在暴露于100°C的高温下6000小时后，其PCE仍能保持初始值的80%以上。相比之下，基于MYBO的OSCs器件PCE在热应力下仅36小时后就降至其初始PCE的80%以下。

  图3.PM6:MYBO和PM6:DYBO OSCs的稳定性

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  文献总结

  综上，该工作阐明了结构与器件性能的关系，为后续开发新型低聚物受体提供了有用的指导。同时，该工作还证明了具有可调节分子平面度的二聚型SMAs的设计对于获得高电子迁移率和Tg、以及PCE和稳定性是非常重要的。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Joule》上，题为“Dimerized small-molecule acceptors enable efficient and stable organic solar cells”。

  本文关键词：有机太阳能电池，低聚物受体，开路电压，稳定性。

  转自：“有机光电前沿”微信公众号

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