中科院宁波材料所全小分子有机太阳能电池研究获进展

　　IT之家 4 月 21 日消息 据中国科学院网站，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义团队前期研究结果（Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 2808-2815）发现，在小分子给体侧基引入双氟原子，能显著降低分子的结晶性能，改善分子 pi-pi 堆积、激子解离和电荷传输，获得超过 13% 的光电转化效率。通过进一步调整分子侧链的位置和碳原子数（J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 7405-7411），协同调节了分子的片晶排列和 BHJ 形貌，光伏性能进一步提升至 14%。
　　据介绍，近日，葛子义团队围绕该问题取得进一步进展。器件后处理对全小分子电池形成纳米尺度相分离形貌具有重要意义。热退火（TA）和溶剂退火（SVA）作为常用的后处理方法已被广泛使用，但是其本征的理论区别却鲜有研究。研究以之前报道的 BT-2F:N3 为基础，通过表征光伏性能、分子堆积、电荷转移等，系统研究了 TA 和 SVA（使用 THF、CS2、CF 三种常用溶剂）对 BT-2F:N3 的影响。
　　▲小分子太阳能电池给体 / 受体的化学结构，以及相形貌变化示意图 |图源：中国科学院网站
　　研究发现：
　　相比较于 TA，高溶解度的溶剂能诱导更强的分子相互作用，从而更好地促进分子移动，提高分子的 J - 聚集和分子互连；
　　选择性溶解给体的 CS2 能更好地优化给体相结构，使其具有合适的相尺寸、改善的相连续性以及更少的陷阱态；
　　CS2 对受体的影响较小，抑制了其非辐射复合，进而提升了 CS2 溶剂退火处理电池的开路电压。最终，经 CS2 溶剂退火处理的电池获得了 15.39% 的转化效率。该效率是目前公开报道的二元全小分子太阳能电池的最高值。
　　IT之家了解到，相关研究成果以 Solvent Annealing Enables 15.39% Efficiency All-Small-Molecule Solar Cells through Improved Molecule Interconnection and Reduced Non-Radiative Loss 为题，发表在 Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.202100800）上。