全小分子非富勒烯有机太阳电池效率突破10%

正有机太阳电池由p-型有机半导体(p-OS)给体和富勒烯衍生物或n-型有机半导体(n-OS)受体共混活性层夹在透明导电电极和金属电极之间所组成,具有结构简单、重量轻、成本低以及可采用溶液加工方法制备成柔性和半透明器件等优点,成为了近年来新能源研究领域的研究热点。将传统     

基于小分子噻吩单元的有机太阳能电池研究进展

噻吩及衍生物基团具有独特的光电性能,已广泛应用于有机太阳能电池的设计与合成中,并在有机光电领域发挥着重要的作用。本文综述了近几年来含有噻吩及其衍生物的有机小分子太阳能电池的研究进展。分别综述了含联噻吩、苯并二噻吩和二噻吩并噻咯单元的“给体 受体 给体”型有机供体小分子,并总结了其结构差异。从分子设计的角度出发,探讨分子骨架的共轭程度、链端基团、中心构筑单元数目等改变对材料的光学吸收、能级水平、迁移率等性能的影响,总结了设计高性能的小分子供体材料有效的途径。     

苯并二噻吩基小分子高效有机太阳能电池研究进展

有机太阳能电池(organic solar cell,OSC)是由有机材料构成活性层的太阳能电池.苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene,BDT)由于具有较大的刚性平面共轭结构,可以显著提高π电子的离域能力和分子间的π-π相互作用,且易化学修饰,合成方便,成为太阳能电池给体材料研究中的一个"明星分子"单元.目前,已报道的基于BDT共轭单元的有机光伏器件(organic photovoltaic device,OPV)的光电转化效率(power conversion efficiency,PCE)最高已达到9.95%,应用前景巨大.综述了BDT基小分子有机太阳能电池(small molecule organic solar cell,SM-OSC)活性层材料近年来的研究进展,并简要分析了小分子由于主链、侧链、封端基团的差异对器件性能的不同影响.     

小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池研究进展

有机太阳能电池具有低成本、柔性和质量轻等优势,是一种有应用前景的光伏技术,受到人们的广泛关注.有机太阳能电池的光敏活性层通常由p-型有机半导体(包括小分子和高分子)与n-型有机半导体(包括小分子和高分子)共混而成.小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池具有形貌热稳定性优异的特点,值得深入研究.本综述旨在总结小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池的研究进展,分别介绍了基于酰亚胺基、氰基和含硼氮配位键(B←N)的高分子受体的活性层材料体系的发展状况.在器件性能方面,通过分子设计、相分离形貌调控,改善了小分子给体/高分子受体的匹配性,将该类电池的能量转换效率从最初的0.29%提升至目前的9.51%,为性能的进一步提升总结了经验;在稳定性方面,基于该体系形貌热稳定性优异的特点,开发出高温耐受型有机太阳能电池器件.最后,展望了小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池的未来发展方向和前景.     

基于聚合物给体与非富勒烯有机小分子受体材料的有机太阳能电池研究进展

在本体异质结有机太阳能电池的研究中,富勒烯及其衍生物是一类重要的n-型电子受体材料,然而基于富勒烯的材料有一些难以克服的弱点,例如在可见光范围内较弱且窄的吸收、很难调节的带隙、溶解性较差等,这些都严重限制了富勒烯类材料在有机太阳能电池中作为n-型受体材料更广泛的应用。而非富勒烯n-型电子受体材料比富勒烯类材料拥有在可见光光谱中更加宽广的吸收范围、能级更易调节、合成简便、加工成本更低、溶解性能更加优异等重要特点,目前基于非富勒烯类材料的本体异质结有机太阳能电池的能量转换效率超过了4%。本文综述了几类非富勒烯类有机小分子受体材料的研究进展,讨论了提高基于非富勒烯类有机小分子材料的有机太阳能电池器件性能的关键因素,并对其发展前景作了展望。     

挥发固体添加剂调控有机太阳能电池性能的研究进展

本体异质结(BHJ)有机太阳能电池(OSC)因具有可溶液制备、绿色无毒及可柔性化等特点而被视为具有广阔应用前景的太阳能电池技术之一.活性层内部的纳米形貌是决定器件性能和工作稳定性的关键因素之一.基于此,研究者先后开发了热退火、溶剂退火和溶剂添加剂等形貌优化方法.然而,上述处理方式不能与大面积印刷工艺兼容,而且不利于器件内部形貌和性能的稳定性,因此寻找简单高效的形貌调控手段是OSC研究的热点.近年来,挥发固体添加剂因其独特的分子特性,能够与给受体分子间形成较强的相互作用力,被认为是提升OSC能量转换效率(PCE)和稳定性的发展方向.本文系统总结了非卤素及卤素型挥发固体添加剂调控OSC形貌和光伏性能的研究现状,深入讨论了挥发固体添加剂优化活性层形貌的不同机理,包括分子间吸附能、给体与受体的相互作用、晶体成核和生长等;分析了挥发固体添加剂策略所面临的挑战和未来的发展趋势.     

有机小分子太阳能电池:氟代对活性层形貌的精确调控

<正>随着人们对能源和环境问题的重视,太阳能利用已经成为一个非常重要的研究领域。有机太阳能电池因其低成本、轻柔、可印刷制备等优点,成为具有重要应用前景的太阳能利用方式之一。近年来可溶性有机小分子光伏材料以其分子结构明确、高纯度、高重复性等优势引发了科学家们的研究兴趣1。在有机太阳能电池的研究中,反向结构器件具有更好的稳定性,因此提高反向结构有机太阳能电池的效率具有更加重要的意义。最近,国家     

基于非富勒烯受体的溶液加工型全小分子太阳能电池研究进展

有机太阳能电池(OPV),具有质量轻、可成本低制备等优势,是一种具有实际应用潜力的光伏技术。有机太阳能电池活性层可以由共轭聚合物或溶液可加工的小分子材料(给体与受体)共混组成。由于小分子材料具有明确的分子结构,纯度可控及无批次差别影响的特点;并结合近年来非富勒烯小分子受体的快速发展,使得非富勒烯全小分子(NF-SM-OPV)电池研究受到广泛关注。由于大部分A-D-A型非富勒烯受体分子具有各向异性的特点,这使激子解离和电荷传输,很大程度上受分子间堆积方式的影响,导致非富勒烯全小分子电池活性层形貌调控更加复杂。虽然非富勒烯小分子太阳能电池具有非富勒烯受体材料和小分子材料的双重优势,但高效率非富勒烯小分子太阳能电池的制备,仍具有很大挑战。因此,本文总结近年来高性能非富勒烯小分子太阳能电池的相关进展。着重介绍针对非富勒烯受体的给体小分子材料设计工作,并在此基础上近一步讨论非富勒烯小分子太阳能电池面临的挑战与展望。     

半透明有机太阳能电池研究进展

半透明有机光伏(ST-OPVs)相比其它无机光伏技术,因为其活性层材料可调节的电子能级和选择性的吸收光谱,在作为温室的发电屋顶、现代建筑外墙和采光玻璃等应用中具有本征优势.随着高效窄带隙聚合物给体和近红外非富勒烯受体材料的快速发展, ST-OPVs的光利用效率在过去十年取得了显著进展,本征和具有光学修饰的半透明器件的光利用效率分别超过了3%和5%.为了进一步推动半透明有机光伏技术的实用化,进一步提升器件的光利用效率仍是研究重点.基于此，本文分别从半透明器件的理论模型、活性层材料设计和器件光学修饰等角度综合评述了近期ST-OPVs的重要进展,为未来器件性能的优化提供了参考.     

通过分子结构调控方法实现非富勒烯型有机太阳能电池在绿色溶剂中的应用

<正>1背景介绍有机光伏电池具有成本低、制备工艺简单、可实现柔性器件等独特优势,成为近年来世界范围内的研究热点,并在过去二十年内得到了迅速的发展~1。近年来,通过对活性层材料结构设计与器件制备工艺的优化,采用A-D-A型非富勒烯小分子作为受体材料的有机太阳能电池的研究已使能量     

13.34 % Efficiency Non-Fullerene All-Small-Molecule Organic Solar Cells Enabled by Modulating the Crystallinity of Donors via a Fluorination Strategy

Non-fullerene all-small-molecule organic solar cells (NFSM-OSCs) have shown potential as OSCs, owing to their high purity, easy synthesis and good reproducibility. However, challenges in the modulation of phase separation morphology have limited their development. Herein, two novel small molecular donors, BTEC-1F and BTEC-2F, derived from the small molecule DCAO3TBDTT, are synthesized. Using Y6 as the acceptor, devices based on non-fluorinated DCAO3TBDTT showed an open circuit voltage (V_oc) of 0.804 V and a power conversion efficiency (PCE) of 10.64 %. Mono-fluorinated BTEC-1F showed an increased V_oc of 0.870 V and a PCE of 11.33 %. The fill factor (FF) of di-fluorinated BTEC-2F-based NFSM-OSC was improved to 72.35 % resulting in a PCE of 13.34 %, which is higher than that of BTEC-1F (61.35 %) and DCAO3TBDTT (60.95 %). To our knowledge, this is the highest PCE for NFSM-OSCs. BTEC-2F had a more compact molecular stacking and a lower crystallinity which enhanced phase separation and carrier transport.     

Modulating Crystallinity and Miscibility via Side-chain Variation Enable High Performance All-Small-Molecule Organic Solar Cells

Side-chain engineering as one of the most important molecular design strategies has been widely used to improve photovoltaic e什i-ciency of active layer material...     

钙钛矿太阳电池研究进展:薄膜形貌控制与界面工程

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池因兼具低成本溶液加工和优异的光电转换性能在国际上倍受关注. 基于其吸收强、迁移率高、载流子寿命长、可调控带隙以及可采用多种方式加工等优势, 钙钛矿太阳电池在短短5年时间里, 实验室小面积器件的能量转换效率已经从低于5%提高到近20%, 模块器件的能量转换效率可达8.7%, 其效率超过了很多其他类型太阳电池, 接近可以商业化的水平. 借助于相关材料性质理解和电池设计优化, 钙钛矿太阳电池效率的进一步提升存在很大的潜力空间. 本文通过文献综述, 在回顾国内外钙钛矿太阳电池发展情况的基础上, 着重讨论影响钙钛矿太阳电池性能的其中两个重要因素: 薄膜形貌控制与界面工程, 并分析了钙钛矿太阳电池面临的基础科学问题以及展望该技术的未来前景.     

有机太阳能电池获得超过13%的能量转换效率

正有机太阳能电池(简称OSCs)是一种新型的光伏器件,可以通过低成本的溶液加工方法制备大面的柔性器件,得到了国内外学术界和工业界的广泛关注~1。有机光活性材料(包括电子给体和电子受体)的设计与应用是提高OSCs能量转换效率(简称PCE)的重要途径。富勒烯衍生物在以往的研究中是应用最为广泛的电子受体材料,经过多年的发展,以聚合物和小分子作为电子给体的OSCs都取得了11%以上的PCE~(2,3)。然而,鉴于富勒烯     

Controlling the Treatment Time for Ideal Morphology towards Efficient Organic Solar Cells

In this work, we performed a systematic comparison of different duration of solvent vapor annealing (SVA) treatment upon state-of-the-art PM6:SY1 blend film, which is to say for the first time, the insufficient, appropriate, and over-treatment’s effect on the active layer is investigated. The power conversion efficiency (PCE) of corresponding organic solar cell (OSC) devices is up to 17.57% for the optimized system, surpassing the two counterparts. The properly tuned phase separation and formed interpenetrating network plays an important role in achieving high efficiency, which is also well-discussed by the morphological characterizations and understanding of device physics. Specifically, these improvements result in enhanced charge generation, transport, and collection. This work is of importance due to correlating post-treatment delicacy, thin-film morphology, and device performance in a decent way.     

On the Importance of Morphology Control in Polymer Solar Cells

Nanostructured polymer‐based solar cells (PSCs) have emerged as a promising low‐cost alternative to conventional inorganic photovoltaic devices and are now a subject of intensive research both in academia and industry. For PSCs to become practical efficient devices, several issues should still be addressed, including further understanding of their operation and stability, which in turn are largely determined by the morphological organisation in the photoactive layer. The latter is typically a few hundred nanometres thick film and is a blend composed of two materials: the bulk heterojunction consisting of the electron donor and the electron acceptor. The main requirements for the morphology of efficient photoactive layers are nanoscale phase segregation for a high donor/acceptor interface area and hence efficient exciton dissociation, short and continuous percolation pathways of both components leading through the layer thickness to the corresponding electrodes for efficient charge transport and collection, and high crystallinity of both donor and acceptor materials for high charge mobility. In this paper, we review recent progress of our understanding on how the efficiency of a bulk heterojunction PSC largely depends on the local nanoscale volume organisation of the photoactive layer.

     

Benzothieno[3,2-b]thiophene-Based Noncovalent Conformational Lock Achieves Perovskite Solar Cells with Efficiency over 24 %

Organic semiconductors with noncovalently conformational locks (OSNCs) are promising building blocks for hole-transporting materials (HTMs). However, lack of satisfied neighboring building blocks negatively impacts the optoelectronic properties of OSNCs-based HTMs and imperils the stability of perovskite solar cells (PSCs). To address this limitation, we introduce the benzothieno[3,2-b]thiophene (BTT) to construct a new OSNC, and the resulting HTM ZS13 shows improved intermolecular charge extraction/transport properties, proper energy level, efficient surface passivation effect. Consequently, the champion devices based on doped ZS13 yield an efficiency of 24.39 % and 20.95 % for aperture areas of 0.1 and 1.01 cm², respectively. Furthermore, ZS13 shows good thermal stability and the capability of inhibiting I⁻ ion migration, thus, leading to enhanced device stability. The success in neighboring-group engineering can triggered a strong interest in developing thienoacene-based OSNCs toward efficient and stable PSCs.     

Semitransparent Flexible Organic Solar Cells

The semitransparent flexible organic solar cell takes advantages of flexibility, transparency, color adjustment property, which is more conducive to integrate on buildings and mobile terminals. Ascribing to the developments of narrow band gap donors and the new non-fullerene acceptors, the power conversion efficiency of semitransparent flexible organic solar cells has been achieved 10% to 12% with average visible transmittance of 17% to 21%. This review summarizes the molecular design of the most representative active layer materials, and discusses the characterization of semitransparent parameters paradigms, then we discuss how to optimize the device in combination with optical simulation, and finally list the recent development of semitransparent flexible electrodes of ITO-free organic solar cells, and give our perspectives on the next step direction.     

有机染料敏化纳米晶太阳能电池

本文综述了有机染料敏化纳米晶太阳能电池的研究现状,简要介绍了有机染料敏化纳米晶太阳能电池的结构和工作原理以及氧化物电极、对电极和电解质的设计思路和制备情况。重点介绍了有机染料的研究现状,包括香豆素类染料、多烯类染料、噻吩类染料、天然染料、半花菁类染料、卟啉类染料、三苯胺类染料、苝类染料等。同时讨论了若干影响有机染料敏化太阳能电池性能的因素,提出了提高光电转换效率的设想与对策,对未来的发展进行了展望。