中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子一教授課題組開(kāi)發(fā)了兩種具有大偶極矩的自組裝分子(SAM)，并將其用作空穴傳輸層( HTL)在二元有機(jī)太陽(yáng)能電池(OSC)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的二元OSC，其功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)高達(dá)19.70%，創(chuàng)歷史新高。
他們的工作發(fā)表在Angewandte Chemie 國(guó)際版上。
OSC由于具有重量輕、機(jī)械柔韌性好和半透明等優(yōu)點(diǎn)，在有機(jī)電子器件領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注。新材料的開(kāi)發(fā)和制造工藝的優(yōu)化使得OSCs的PCE快速提高，已超過(guò)19%。
作為廣泛用于高效OSC的空穴傳輸材料，PEDOT:PSS由于其親水性和強(qiáng)酸性而賦予OSC相對(duì)較低的穩(wěn)定性。因此，在傳統(tǒng)OSC中實(shí)現(xiàn)效率和穩(wěn)定性之間的平衡仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員設(shè)計(jì)并合成了兩種具有不對(duì)稱主鏈的不對(duì)稱SAM，即BrCz和BrBACz。這兩個(gè) SAM 分別作為基于著名系統(tǒng) PM6:Y6、PM6:eC9、PM6:L8-BO 和 D18:eC9 的二進(jìn)制 OSC 中的 HTL。
與傳統(tǒng)的PEDOT:PSS控制的OSC相比，BrCz控制和BrBACz控制的OSC表現(xiàn)出更高的透過(guò)率、更深的功函數(shù)和更低的表面能，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的空穴提取、增加的空穴遷移率、降低的界面電阻和減少的載流子復(fù)合。
基于BrBACz的OSC實(shí)現(xiàn)了19.70%的創(chuàng)紀(jì)錄高PCE，電流密度高達(dá)29.20 mA cm-2，電路電壓為0.856 V，這是迄今為止報(bào)道的二元OSC的最高值。
當(dāng)暴露在環(huán)境空氣(40±5%濕度)和連續(xù)照明1,036小時(shí)時(shí)，BrBACz控制的器件可以保持高達(dá)95.0%的初始效率，這是傳統(tǒng)OSC的最佳空氣穩(wěn)定性。
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