【48812】武汉理工大学李伟：紧缩分子堆积完成202%功率单结有机光伏电池

  有机光伏电池(OPVs)是一种以有机半导体资料作为光活性层制备的光伏器材，在柔性可穿戴电子设备等范畴使用潜力巨大。近年来，跟着新资料规划、器材工程等方面的不停地改进改造，OPVs的光伏功能开展迅猛。

  但是，比较于传统的Si等光伏电池，虽然OPVs的内量子功率(IQE)已不再差劲，但其填充因子（FF）和开路电压( V OC)仍远远落后。这归因于光伏电池中有序性低的有机半导体资料带来的低效载流子传输和高开路电压损耗。虽然增强有机半导体资料的有序集合能进步载流子传输，但往往也伴跟着非辐射能量损耗的增强。鉴于此，武汉理工大学王涛课题组李伟研讨员等从非富勒烯受体的分子织构下手，经过紧缩非富勒烯分子堆积完成了载流子传输和能量丢失的同步改进。

  武汉理工大学李伟等在本作业中规划合成了具有大孔隙的π-扩展非富勒烯受体B6Cl（图2）。将其引进到各类有机光伏系统中，系统的研讨了非富勒烯分子织构与载流子传输和能量丢失的改变。相关测验标明，微量B6Cl的引进使其兼容于多种聚合物:非富勒烯系统，且B6Cl存在能够紧缩宿主受体分子摆放，在缩短π-π堆积间隔的一起进步烷基链摆放的有序性，然后按捺了由侧链振荡所导致的非辐射能量丢失，这种分子堆积织构的改变终究完成了OPV中 J SC、FF和 V OC的一起进步，并在PM6:L8-BO和D18:L8-BO的系统中完成了单节OPV 19.8％和20.2％的光电转化功率，突破了20%光电转化功率里程碑。相关作业宣布在 Journal of the American Chemical Society,上。

  虽然难以在B6Cl及L8-BO纯受体膜中观察到晶格条纹，但将B6Cl引进至L8-BO中可在共混膜中观测到显着的晶格条纹，标明B6Cl能够明显促进宿主受体的结晶，进步分子堆积的有序度（图2）。

  B6Cl的引进不光能够明显缩短宿主受体π-π堆积的间隔，并且在面内方向有用增强了烷基链的有序摆放，使得宿主L8-BO分子织构被紧缩，然后在进步载流子传输的一起按捺非辐射复合（图3）。

  如图4所示，非富勒烯分子织构的改变不只使得光伏电池的载流子传输功率大幅度的进步（经过更严密的π-π层叠），并且有用按捺了光伏电池作业过程中的非辐射复合（更有序的烷基链堆积），然后完成了光伏电池 J SC、FF和 V OC的一起进步。此外，该办法中B6Cl的微量引进使其兼容于多种聚合物:非富勒烯系统（图5），终究在D18:L8-BO系统中完成了现在单节有机太阳能电池中最高的PCE（20.2%）。

  综上所述，本作业将具有大孔隙的π-扩展非富勒系受体引进系列二元有机光伏电池中，完成了载流子传输和非辐射复合能量丢失的同步优化。GIWAXS测验和分子动力学模仿标明， B6Cl中的大共轭骨架和较为疏松的分子堆积不只能缩短非富勒烯的π-π层叠间隔，完成高效的载流子传输，并且能促进烷基侧链有序摆放，然后按捺因为强集合引起的非辐射复合能量丢失。该战略在许多有机光伏系统中都得到了验证，并在D18:L8-BO:0.5wt％ B6Cl器材中完成了现在单节有机太阳能电池的最高PCE（20.2％）。本作业对有机太阳能电池进一步的描摹优化供给了辅导方向，相关论文宣布在期刊 J. Am. Chem. Soc上，武汉理工大学博士研讨生孙元栋为文章榜首作者，李伟研讨员为通讯作者。本研讨得到了国家自然科学基金的支撑。

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