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研讨生科研创新基金2018年景果简介之五

日期:2018-11-02作者:点击:

我校化学学院2016级博士研讨生徐小鹏及其团队以“宽带隙聚合物无机太阳能电池形貌调控研讨”为主题辨别在《Advanced Materials》(IF=21.95)、《Advanced Functional Materials》(IF=13.325)、《Nano Energy》(IF=13.12)等国际期刊上宣布系列研讨效果,2018年“杰青”取得者、化学学院彭强传授为该系列效果的通讯作者。

(1)无机金属络合初次乐成援用于无机太阳能电池形貌调控

无机太阳能电池是以后无机半导体光伏范畴研讨的热门。进步无机太阳能电池器件服从和寿命是研讨的重中之重。这离不开新资料的开辟和器件工艺的精进。传统形貌优化次要靠溶剂、溶剂添加剂的选择,热旋涂、热退火、溶剂蒸发退火等战略。需求指出的是传统溶剂不只危害人们身材安康并且净化情况;热旋涂、热退火等热处置以及溶剂蒸发退火等后处置工艺添加产业化消费难度和本钱,而且面对产物反复率和寿命不初等题目。因而,新的形貌调控战略仍有待开辟。

鉴于此,该团队起首设计分解了新型宽带隙受体资料PBDT-ODZ。该资料具有较低的火线轨道能级,与窄带隙受体资料ITIC-Th搭配,制备的非富勒烯无机太阳能电池开路电压到达1.08V,能量丧失只要0.5 eV,光电转换服从到达10.12%。受制于其较差的微相形貌,器件服从有待进一步进步。鉴于传统形貌调控的缺陷,该团队针对PBDT-ODZ具有成为无机金属络合物配体的特性,实验经过金属络合的新战略完成形貌调控。经过络合度的控制,聚合物的吸取、能级、结晶性等都失掉了很好的调理。更紧张的是,取得了更为抱负的纳米形貌构造,促进了激子解离和电荷传输。无机太阳能电池器件服从也明显进步到了12.34%,与根底器件相比,进步了21.9%。在此根底上,还经过比照实行证明白络合水平、络合剂选择的紧张性,以及络合战略可以明显进步太阳能电池运用寿命。这一研讨是无机金属络合在无机太阳能电池形貌优化中的初次报道与乐成使用,充沛展现了其在该范畴的使用潜力。该研讨以“Highly Efficient Nonfullerene Polymer Solar Cells Enabled by a Copper(I) Coordination Strategy Employing an 1,3,4-Oxadiazole-Containing Wide-Bandgap Copolymer Donor”为题,宣布在国际闻名期刊《Advanced Materials》上,徐小鹏为该研讨的第一作者。

(2)宽带隙小分子以及三元共混战略优化形貌,进步无机太阳能电池器件服从

以后,得益于窄带隙小分子受体资料不时开辟,无机太阳能电池器件服从明显进步。绝对而言,高服从宽带隙受体的开展则较为落伍。为了进一步进步无机太阳能电池器件功能,宽带隙受体资料的开辟也黑白常紧张的。资料设计中,巨大的构造变革都市惹起明显的功能差别。在器件优化上,三元共混战略被普遍使用。三元共混战略不只可以拓宽吸取、调理能级、添加能量和电荷传输通道,同时可以调理形貌,促进激子别离和电荷传输服从。

该团队制备了两个星型宽带隙受体资料异构体meta-TrBRCN和para-TrBRCN,零碎研讨其构造-性子的相干性。研讨发明meta-TrBRCN比para-TrBRCN具有更小的空间位组,使得其具有更严密的聚集、更强的吸取、更高的电荷迁徙率。以PTB7-Th为给体资料制备的无机太阳能电池器件,从para-TrBRCN的8.29%提拔至meta-TrBRCN的10.15%。该服从是基于宽带隙受体资料的最高记载。为了补偿其在长波偏向上的吸取缺乏,该团队在PTB7-Th:meta-TrBRCN中混入肯定量的ITIC-Th,构成三元共混器件。吸取的加强、形貌的进一步优化,使得器件的光生电流明显进步,器件服从进步至11.40%。该研讨证明白分子构造设计以及三元共混器件在无机太阳能电池器件服从进步中的紧张性。该研讨以“Wide Bandgap Molecular Acceptors with a Truxene Core for Efficient Nonfullerene Polymer Solar Cells: Linkage Position on Molecular Configuration and Photovoltaic Properties”为题,宣布在闻名期刊《Advanced Functional Materials》上,2018届硕士结业生武文林为该研讨的第一作者。

(3)高迁徙率宽带隙聚合物以及三元共混战略优化形貌,进步无机太阳能电池器件服从

在宽带隙聚合物设计中,添加聚合物骨架的共轭水平是紧张的分子设计谋略。添加共轭可以明显进步分子结晶性、电荷迁徙率等紧张参数。同时,对聚合物骨架的精修也可以对其能级、吸取等停止微调。比方,聚合物骨架上引入氟原子使得聚合物添加吸取的同时,低落能级,并进步其结晶性。这将有利于进步器件的开路电压、短路电流密度和添补因子,进而进步器件服从。

该团队经过添加共轭、引入氟原子制备了两个星型宽带隙给体资料PDTH-TZNT和PDTF-TZNT。引入氟原子的PDTF-TZNT的吸取、结晶性明显添加,用IT-M做受体资料与之共混,器件的电流和添补因子明显进步,由于氟原子具有低落能级的作用,PDTF-TZNT:IT-M的器件开路电压明显进步。这些使得太阳能电池光电转换服从从PDTH-TZNT的4.42%明显进步至10.05%。由于其短波优点的吸取较弱,光电转换服从遭到肯定的制约。该团队由此,将之前分解的宽带隙受体资料引入,构成三元共混器件,加强短波优点的吸取。吸取的添加,能级的调解和形貌的进一步优化,终极器件服从提拔至11.48%。该研讨以“Naphthobistriazole-based wide bandgap donor polymers for efficient nonfullerene organic solar cells: Significant fine-tuning absorption and energy level by backbone fluorination”为题,宣布在《Nano Energy》上,2016级硕士研讨生唐东升为该研讨的第一作者。

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