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祝贺王鹏超老师最新工作发表在CCS Chem期刊

发布日期:2024-12-02  来源:   点击量:

有机太阳能电池(OSCs)由于其轻、薄、柔等特性受到极大关注。为了提高OSCs的能量转换效率(PCEs),需要使给受体共混的活性层具有合适的自聚集状态以及适中的共混特性,从而获得优异的本体异质结结构,这对于器件中激子的有效解离及传输至关重要。为了得到理想的体异质结活性层形貌,需要对活性层成膜过程中的成膜动力学过程进行深入研究。而活性层成膜动力学本质上决定于给受体材料在溶剂挥发过程中结晶特性。在以往的研究中,研究者们往往采用器件工艺,如热退火、溶剂退火或者添加固/液体剂的方式来调节结晶过程和活性层最终形貌。然而,这些方法本质上大多属于外部调控行为,容易受到多种复杂因素的影响。因此,从分子设计的角度出发,开发新的方法来调控内在成膜动力学具有重要的意义。


对于小分子受体的聚集态调控,研究组在之前的工作中首体提出外围功能化的策略,实现其结晶性和给受体相容性的平衡(Adv. Mater., 2019, 31, 1807832)。并且,末端功能基团还可以作为远端共轭抓手来螯合相邻的同质或异质分子(Adv. Mater., 2023,35, 2305652Adv. Mater., 2023,35, 2208986; Energy Environ. Sci., 2024, 17, 4216),这些研究提供了一种调节分子间相互作用的可行方法。在此基础上,我们对Y6系列受体材料的外端侧链进行末端功能化,设计并合成了具有苯烷基链侧链的受体材料BTP-TC4Ph。研究发现,末端功能化侧链的准平面性使相邻分子间相互作用时的位阻效应显著降低,从而对受体分子之间的相互作用以及共混膜的成膜动力学过程进行了有效调控。并且,具有电负性的苯环作为侧链末端基团还可以给体材料骨架进行作用,从而改善了给受体相容性。结果表明,相对于不含末端功能侧链的受体材料BTP-TC6,含末端功能侧链的受体材料BTP-TC4Ph在与给体D18进行共混时,具有更优异的成膜动力学特性。其较快的成膜过程,使得给受体之间的相分离特性得以改善,得到了更为理想的纤维纳米级相分离形貌,避免了较长成膜过程可能会导致的过度相分离。因此,D18:BTP-TC4Ph电池器件的激子/电荷行为得到了显著改善,能量转换效率达到19.65%,优于D18:BTP-TC6器件的最佳效率(18.47%)。这些发现对合理控制异质结成膜动力学、进一步提高有机太阳能电池的光伏效率具有指导意义。

该工作近期以Heterojunction Interactions Modulated Film-Forming Kinetics for 19.65% Efficiency Binary Organic Solar Cells为题发表在CCS Chemistry期刊。论文第一作者为青岛科技大学青年教师、课题组在职博士后王鹏超博士;通讯作者为包西昌研究员和李永海副研究员。该工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、山东省自然科学基金和山东能源研究院等的支持。