工學院三組分聚合物太陽能電池研究取得系列進展

北京大學工學院占肖衛(wèi)課題組在三元共混有機太陽能電池研究領域取得重要進展，發(fā)展了一系列高性能三元共混體系，有效提高了有機太陽能電池的能量轉換效率和穩(wěn)定性。

　　1995年，Wudl和Heeger等首次報道了基于一個電子給體和一個電子受體的二元共混本體異質結有機太陽能電池，實現了有機太陽能電池領域的一次重大跨越。最近5年，為了克服二元共混有機太陽能電池的缺點，科學家們發(fā)展了三元共混體系，在一個電子給體和一個電子受體的基礎上，加入功能性第三組分。

　　近兩年來，占肖衛(wèi)課題組開發(fā)了一系列高性能三元共混體系。他們使用小分子受體PDI-2DTT作為第三組分加入到PBDTTT-C-T/PPDIDTT全聚合物太陽能電池中，可以有效抑制聚合物受體PPDIDTT的過度聚集，從而將全聚合物太陽能電池的能量轉換效率提高到3.45%，是當時全聚合物太陽能電池的最高效率之一（EnergyEnviron.Sci.，2014，7，1351-1356，封面，被引用120次，ESI熱點論文，ESI高被引論文）。他們還將富勒烯受體ICBA作為第三組分加入到PTB7/PC71BM有機太陽能電池中，來增加器件的開路電壓和提高激子解離效率?；赑TB7/ICBA/PC71BM器件的能量轉換效率高達8.24%，是當時報道的三元共混太陽能電池的最高值（EnergyEnviron.Sci.，2014，7，2005-2011，被引用近100次，ESI高被引論文）。他們還進一步開發(fā)了濃溶液稀釋法將以上兩個體系的能量轉換效率分別由3.45%和8.24%提高到了4.63%和8.88%（EnergyEnviron.Sci.，2015，8，2357-2364）。他們受邀撰寫了關于三元共混有機太陽能電池的綜述文章（Mater.Horiz.，2015，2，462-485，封面）。

　　近日，為了驗證ICBA作為第三組分的普適性，他們將其加入到基于五種不同給體材料的有機太陽能電池中，發(fā)現所有含第三組分ICBA的有機太陽能電池的能量轉換效率都有12-14%的提高，最高能達到10.5%。更為重要的是，所有含第三組分ICBA的有機太陽能電池的穩(wěn)定性都有很大的提高（Adv.Mater.，2016，DOI10.1002/adma.201602067）。此外，他們還將4，4‘-二羥基聯苯（“分子鎖”）作為第三組分加入到含氟聚合物或小分子給體/富勒烯受體的有機太陽能電池中。4，4’-二羥基聯苯上的羥基可以和給體材料上的氟原子形成氫鍵來鎖定給體材料的網絡，從而同時提高有機太陽能電池的能量轉換效率和穩(wěn)定性（Adv.Mater.，2016，DOI10.1002/adma.201600426）。他們受邀撰寫了關于有機太陽能電池穩(wěn)定性的綜述文章（Chem.Soc.Rev.，2016，45，2544-2582）。

　　以上7篇論文的第一作者均為占肖衛(wèi)課題組的博士生程沛。該研究得到科技部973項目和國家自然科學基金委項目等的資助。

有機太陽能電池