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电子科大于军胜教授与纽约大学D. Taylor 教授合作:通过引进一种小分子结晶助剂增强非富勒烯聚合

发布时间:2018-04-03 访问次数:258次 来源:中国聚合物网 分享:

 近日,电子科技大学光电科学与工程学院、电子薄膜与集成器件国家重点实验室于军胜教授团队与现任职于纽约大学的 André D. Taylor 教授团队合作,在国际权威学术期刊《今日材料》(Materials Today,影响因子:21.695)上发表题为 “A highly efficient polymer non-fullerene organic solar cell enhanced by introducing a small molecule as a crystallizing-agent”(通过引进一种小分子结晶助剂增强了非富勒烯聚合物太阳能电池的性能)的研究论文。英才实验学院首届毕业生、2017 年度 “成电杰出研究生” 郑毅帆为该论文的第一作者,于军胜和 André D. Taylor 为共同通讯作者,电子科技大学、电子薄膜与集成器件国家重点实验室为排名第一的署名单位。

聚合物非富勒烯有机太阳能电池的器件结构(左上)、光伏性能(左下)和作用机理(右)

  研究团队首次提出在光活性层薄膜中掺杂 “结晶助剂”(Crystallizing-agent),精确地调控了薄膜形貌与结晶度,成功实现了能量转换效率为 10.86% 的非富勒烯有机薄膜太阳能电池,是当时文献报道的三元掺杂非富勒烯太阳能电池光电转换效率的世界最高纪录(Materials Today, 2018, 21, 79-87)。研究者首次引入方酸小分子作为 “结晶助剂”,通过增强薄膜内部面外方向的分子链排序以提升薄膜的自组装与结晶性,大幅度地提高了有机半导体光电薄膜材料的载流子迁移率;同时,针对在有机太阳能电池领域极具发展潜力的非富勒烯材料本身存在的物理、化学缺陷的瓶颈性难题,创新性地采用溶剂添加剂对方酸小分子提供精确的调控与定位,促使其与非富勒烯材料之间形成紧密、高效的共混结晶,实现了具有高电荷迁移率和高填充因子特性的三元掺杂非富勒烯太阳能光伏器件,短路电流密度为 17.3 mA cm-2,开路电压为 0.89V,填充因子为 0.68,能量转换效率达到了 10.51%(最高能量转换效率达 10.86%)。该工作为实现有机半导体光电薄膜形貌的精确调控、宽光谱响应、高效率的聚合物太阳能电池开辟了一个新途径,对有机光伏领域的发展将起到积极的引领作用。

  论文的器件设计、制作与性能优化等大部分工作在电子科技大学完成,部分的表征与测试工作在美国耶鲁大学、西北大学完成。该工作受到国家自然科学基金创新群体(资助排名第一)、国家自然科学基金面上项目、国家留学基金、美国国家自然科学基金、美国能源部、四川省科技厅国际合作课题等项目的资助。

  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702117304935