首页 > 行业资讯 > 广州大学孙会靓教授等《Nat. Commun.》: 基于连续共聚的多组分全聚合物半导体材料实现高效稳定有机太阳能电池

广州大学孙会靓教授等《Nat. Commun.》: 基于连续共聚的多组分全聚合物半导体材料实现高效稳定有机太阳能电池

时间：2023-02-26 来源： 浏览：

广州大学孙会靓教授等《Nat. Commun.》: 基于连续共聚的多组分全聚合物半导体材料实现高效稳定有机太阳能电池

化学与材料科学
化学与材料科学

Chem-MSE

聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

以下文章来源于高分子科技 ，作者老酒高分子

高分子科技 .

高分子科技®协同全球高分子产业门户及创新平台 “ 中国聚合物网 www.polymer.cn ” ，实时报道高分子科学前沿动态，关注和分享新材料、新工艺、新技术、新设备等一线科技创新设计、解决方案，促进产学研及市场一体化合作的共同发展。

点击蓝字关注我们

可溶液加工的有机太阳能电池具有重量轻、色彩鲜艳、柔性高及可半透明制备 等优点，是最具代表性的新一代光伏技术，目前光电转换效率已突破 20% ，在相关应用中 迸发出巨大的发展潜力。然而，尽管在效率方面取得了显著进展，但器件在实际运行过程中受光照、水氧、热应力等环境条件的影响使得亚稳态的光活性层形貌易发生过度分离或聚集，进而破坏器件稳定性。基于此，传统的单组分活性层材料将给体与受体链段通过共价键连接引入到同一分子中，有效避免了共混体系中升温自聚集的问题，使得基于其的器件稳定性大幅度提升。但是，单组分活性层材料面临合成或分离困难等桎梏，成为有机光伏商业化的另一大挑战。因此，为了实现真正的商业化应用目标，器件的稳定性和成本仍然是目前亟待解决的两大关键科学性问题。

图 1   （ a ）一锅连续共聚策略示意图；（ b ） S9 和 S11 的化学结构 ；（ c ） S9 和 S11 在氯仿溶液和薄膜中的紫外 - 可见吸收光谱 ；（ d ） 多组分体系和电极的能级示意图。
针对此， 南科大郭旭岗教授与广州大学牛利 & 孙会靓 教授团队 合作，通过简单的连续共聚策略开发出新型的多组分全聚合物半导体材料，简化了传统聚合复杂的合成和后处理步骤（ 图 1 ）。将该多组分材料 S11 作为光活性层制备的有机太阳能电池在兼具良好光电转换效率的同时，亦展现出优异的光、热稳定性（在超过 1000 h 的老化实验中仍维持初始 效 率的 80% 以上，即 T80 > 1000 ) ，实 现了有机光伏电池的 器件效率和使用寿命之间的平衡 （ 图 2 ） 。此外 ，该项活性层制备技术不仅大幅降低了有机光伏材料的制备成本，并且极大简化了器件的制备工艺。
 

图 2 基于二元体系 PM6:L15 和多组分体系 S11 的 有机光伏器件 存储 1008 h 的光伏参数演化 ：（ a ） 室温环境；（ b ）连续光照条件，（ c ） 85℃ 加热条件 。
更重要的是，通过系统深入的光电学和形态学特性表征，作者认为在多组分活性层中占主导的具有主链缠结的嵌段聚合物和少量低聚物的协同作用有助于“冻结”活性层中纳米尺度的互穿网络形貌 （ 图 3 ）： （i） 嵌段聚合物形成的网络结构能够有效抑制光活性层中过量聚集态的形成，同时保持低聚物在该结构中的纤维状 渗透 ； （ii） 该结构纳米孔洞中填充的 PM6 及 L15 低聚物可极大抑制嵌段共聚物的主链运动，减小滑移，从而有效维持电池在长期运行过程中的载 流子传输平衡。
 

图 3 薄膜老化过程中的形貌演变： 连续加热 984 h 的 二元 组分体系 PM6:L15 和多组分体系 S11 薄膜的（ a, d, i, l ） AFM 高度 图、（ b, e, j, m ）相图、（ c, f, k, n ） TEM 和 PiFM 图像 ；（ d ）二元体系 PM6:L15 和多组分体系 S11 加热老化前后的形貌变化示意图。
为进一步证实这一假设，作者在嵌段共聚物 PM6 - b - L15 中 引入 少量聚合物 PM6（2%） 和 L15（5%） 作为具有精确组成和结构的多组分活性层来制 备有机光伏 器件。经过 1000 h 的加速热老化后， 三元 体系 PM6 - b - L15:PM6:L15 的稳定 性结果与该连续共聚策略制备 的 S11 体系相当 （78% vs   80% ， 图 4 ) 。 这些发现为开发低成本且长期稳定的有机光伏电池提供了重要的理论和实验依据。该技术结合喷涂、刮涂等大面积器件加工工程技术将有助于实现有机光伏电池的规模化生产。
 

图 4   在 85℃ 加热条件下， 基于 单组分体系 PM6- b -L15 、三元体系 PM6- b -L15:PM6:L15 和多组分体系 S11 的有机太阳能电池 的 （ a ） V oc 、 J sc 和 （ b ）  FF 、 PCE 及（ c ） 光伏 性能 的演化 图 。
该 成果以 “ Efficient and stable organic solar cells enabled by multicomponent photoactive layer based on one-pot polymerization ” 为题发表在 Nature 出版社的期刊《 Nature Communication 》上。
南科大 郭旭岗 教授 、 广州大学 牛利 & 孙会 靓 教授为论文的通讯作者，博士后 刘斌 为论文的第一作者。以上研究工作得到韩国科学技术研究院 Bumjoon J. Kim 教授、广州大学韩冬雪教授、南京大学练鸿振 & 乔俊琴教授、南科大徐保民教授、西安交通大学凡群平教授的大力支持。该成果得到国家自然科学基金 、 广东省自然科学杰出青年基金 、深圳市自然学基金和华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室基金的经费支持。

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36413-3

广大牛利 & 孙会靓教授团队主页 ：

http://caas.gzhu.edu.cn

南科大郭旭岗教授团队主页 ：

https://faculty.sustech.edu.cn/guoxg

相关进展

广州大学牛利教授团队《Chem. Eng. J.》：重力辅助自然沉降法制备具有Janus结构的多功能复合薄膜

广州大学牛利教授团队《Nano Energy》：一种可穿戴自供电的温度实时监测系统

南科大郭旭岗教授团队 Angew：芴酮基酰亚胺强缺电子构筑基元的设计、合成及其n型聚合物在有机薄膜晶体管中的应用

南科大郭旭岗教授团队 AM：高迁移率氰基化n-型高分子构建高性能有机电化学晶体管

南科大郭旭岗教授团队 AFM：酰亚胺功能化梯形芳烃基聚合物受体的主链构型和电子性质调控及全聚合物太阳能电池性能研究

南科大郭旭岗教授课题组Nature:  在有机半导体n-型掺杂研究的最新进展

南科大郭旭岗教授团队《Acc. Chem. Res.》邀请综述：基于双噻吩酰亚胺衍生物的n-型有机和高分子半导体

南科大郭旭岗教授团队Angew：基于并双噻吩酰亚胺二聚体高分子半导体的高性能n-型有机电化学晶体管

南科大郭旭岗教授团队和福建物构所郑庆东研究员、广大牛利教授等合作AM：高迁移率、窄带隙聚合物受体材料及全聚合物太阳能电池

南方科技大学郭旭岗教授课题组AFM：在倒置钙钛矿太阳能电池空穴传输材料上取得新进展

南科大郭旭岗教授课题组JACS：基于氰基功能化的双噻吩酰亚胺的n-型高分子半导体：合成、构性关系及其热电性能

南方科大郭旭岗教授等：构建树枝状空穴传输材料大幅提高钙钛矿电池填充因子

南方科技大学郭旭岗教授课题组《Adv. Funct. Mater.》：具有加强稳定性的高效三元全聚合物太阳能电池

南方科技大学郭旭岗教授课题组《Adv. Mater.》：窄带隙n型高分子半导体及其高性能全聚合物太阳能电池

南方科技大学郭旭岗教授《Nat. Mater.》评论：导电聚合物从发现到应用的历程

南方科技大学郭旭岗教授课题组《Adv. Mater.》：超窄带隙的n型高分子半导体构筑高效全聚合物太阳能电池

南工张仕明教授课题组与南科大郭旭岗教授课题组合作：高迁移率n型聚合物

南科大郭旭岗教授课题组在太阳能电池领域取得系列研究进展

南方科技大学郭旭岗课题组在酰亚胺基高分子半导体取得新进展

南科大郭旭岗教授课题组在酰亚胺基有机半导体领域取得重要进展

南科大郭旭岗教授课题组：具有高共面性的头碰头双噻吩及其高性能有机半导体材料

南方科技大学郭旭岗副教授课题组在《先进材料》发表n-型有机薄膜晶体管最新研究成果

南方科技大学副教授郭旭岗课题组在《德国应用化学》发表全聚物太阳能电池最新研究成果

南方科技大学郭旭岗课题组在《德国应用化学》发表有机半导体材料研究封面文章  

化学与材料科学原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：chem@chemshow.cn

扫二维码｜关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至chem@chemshow.cn，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。

版权：如无特殊注明，文章转载自网络，侵权请联系cnmhg168#163.com删除！文件均为网友上传，仅供研究和学习使用，务必24小时内删除。
相关推荐
热门信息