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河南大學(xué)高躍岳/譚付瑞、國(guó)家納米中心丁黎明、河南師大秦朝朝 Adv. Mater.:光電效率超18%的呋喃類高分子有機(jī)光伏器件
2023-10-28  來源:高分子科技

  有機(jī)太陽(yáng)能電池(OSCs)作為新一代可再生能源技術(shù),因其具有重量輕、原料來源廣泛、可通過卷筒工藝制備大面積器件等特點(diǎn)而備受關(guān)注。經(jīng)過近數(shù)十年的器件工藝革新和有機(jī)光電功能材料研發(fā),OSCs單節(jié)器件和疊層器件的光電轉(zhuǎn)化效率已分別超過19%20%,展現(xiàn)出較大的應(yīng)用前景。


  然而,目前高性能OSCs光敏材料大多基于噻吩模塊單元構(gòu)筑,而噻吩及其衍生物主要來源于石油提煉,儲(chǔ)量有限(圖1)。雖然,我國(guó)已經(jīng)具備工業(yè)化制備噻吩及其衍生物的能力,然而其工業(yè)制備仍然較為苛刻(需要昂貴的催化劑、高耗能、高污染)。相較于噻吩衍生物,作為同族的呋喃衍生物(糠醇、糠醛、糠酸等,圖1)可以廣泛地來源于秸稈、玉米芯、蔬菜根等農(nóng)作物附屬品,因而呋喃類光電材料研發(fā)在其大規(guī)模應(yīng)用方面具有較高的成本競(jìng)爭(zhēng)力。然而,基于呋喃類光電材料的OSCs效率卻較大程度地滯后與基于噻吩類光電材料的OSCs效率。


圖1. OSCs中呋喃類光電材料與噻吩類光電材料的示意圖


  鑒于上述現(xiàn)狀,河南大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院高躍岳研究員等人通過分子π橋失稱策略設(shè)計(jì)合成了三種呋喃類高分子光電材料(圖2)。他們發(fā)現(xiàn)目標(biāo)不對(duì)稱呋喃基高分子PBDF-TF-BTz不僅較其對(duì)稱型呋喃類高分子表現(xiàn)出較高的相對(duì)介電常數(shù),而且也展現(xiàn)出更有利的分子排布行為和與非富勒烯受體材料Y6較為合適的相容性(圖3)。經(jīng)過系列器件性能優(yōu)化,目標(biāo)器件最終獲得18.10%的光電轉(zhuǎn)化效率,屬于基于呋喃類高分子OSCs效率的較好水平(圖4)。該工作為呋喃類高分子的設(shè)計(jì)合成提供了一定的指導(dǎo)和理論基礎(chǔ)。 


圖2. 本工作中目標(biāo)呋喃類高分子分子結(jié)構(gòu)


圖3. 本工作中OSCs光敏層形貌


圖4. 本工作中OSCs器件性能


  上述工作以“Asymmetric π-bridge engineering enables high-permittivitybenzo[1,2-b:4,5-b′]difuran-conjugated polymer for efficient organic solar cells”為題發(fā)表在期刊Advanced Materials。河南大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院高躍岳研究員為論文第一作者,河南大學(xué)高未來技術(shù)學(xué)院譚付瑞教授、國(guó)家納米科學(xué)中心丁黎明研究員、河南師范大學(xué)秦朝朝副教授為該論文共同通訊作者。此外,該工作同時(shí)受到國(guó)家納米科學(xué)中心肖作教授的支持。研究工作受到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家博士后科學(xué)基金、河南大學(xué)青年交叉基金等項(xiàng)目支持。


  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306373



作者簡(jiǎn)介

高躍岳,河南大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院研究員,博士生導(dǎo)師/碩士生導(dǎo)師,畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué),師從張勇研究員/楊玉林教授,主要研究方向?yàn)檫秽惛叻肿庸怆姴牧虾铣伞D壳耙缘谝换蛲ㄓ嵶髡咴?/span>Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Nano Energy等期刊發(fā)表論文近30篇;授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利8項(xiàng);主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家博士后面上基金、河南省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目6項(xiàng)。


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