寬帶隙太陽能電池材料及其疊層器件研究獲進(jìn)展

　　聚合物太陽能電池具有質(zhì)量輕、柔性及低成本等獨(dú)特的優(yōu)勢，近10多年來受到世界各國科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。如何在拓寬材料分子吸收的同時(shí)，保持高開路電壓是有機(jī)光伏領(lǐng)域一個(gè)重要研究內(nèi)容。采用疊層器件結(jié)構(gòu)將兩個(gè)具有不同吸收范圍的單結(jié)電池串聯(lián)起來，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬吸收光譜與高開路電壓，是提升有機(jī)太陽能電池效率的有效方法之一。目前寬帶隙聚合物光伏材料的種類相對較少，這在一定程度上限制了疊層電池的子電池之間的光譜互補(bǔ)，進(jìn)而限制效率的進(jìn)一步提高。

　　在國家杰出青年基金項(xiàng)目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等資助下，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭慶東課題組和西安交通大學(xué)教授馬偉課題組針對這些現(xiàn)狀和問題，設(shè)計(jì)合成了一類含梯形稠環(huán)引達(dá)省并二噻吩單元的D--A型寬帶隙聚合物材料。該材料實(shí)現(xiàn)了對聚合物的能級、帶隙、分子鏈構(gòu)象以及載流子傳輸性能的優(yōu)化，最終提高電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率?；趦?yōu)化后的聚合物，制備了光電轉(zhuǎn)換效率為8.15%的單結(jié)太陽能電池。進(jìn)一步地，他們采用該類寬帶隙聚合物和基于苯并二噻吩類窄帶隙聚合物（PTB7-Th）分別作為前電池和后電池的給體材料，利用新型二元混合界面層，成功制備了疊層太陽能電池，器件轉(zhuǎn)換效率達(dá)11.15%，開路電壓達(dá)1.70V。相關(guān)結(jié)果近期在線發(fā)表于《納米能源》（Nano Energy, 2017, 33, 313-324）。該工作不僅為高效寬帶隙聚合物材料的設(shè)計(jì)合成提供了一個(gè)新思路，也為疊層太陽能電池中界面層提供了一個(gè)新選擇。

　　此前，該團(tuán)隊(duì)將不對稱茚并噻吩作為構(gòu)筑單元用于系列新型寬帶隙聚合物太陽能電池材料的設(shè)計(jì)與合成（Adv. Mater. 2016, 28, 3359-3365, Adv. Electron. Mater., 2016, 2, 1600340），成功制備了開路電壓高達(dá)1.0V同時(shí)轉(zhuǎn)換效率達(dá)9.0%以上的太陽能電池器件。另外該團(tuán)隊(duì)還受邀撰寫了題為Recent advances in wide bandgap semiconducting polymers for polymer solar cells 的綜述論文（J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 1860-1872）。

寬帶隙太陽能電池材料及其疊層器件研究獲進(jìn)展