導語：研究人員設計併合成了一種名為5BDDBDT的A-D-A-D-A型低聚物，與5BDTBDD一起作為第三組分分別引入到基於PM6:BTP-BO4Cl的二元有機太陽能電池器件中，發現兩種低聚物可以降低能量損耗，助力相應器件效率高達17.54%和17.32%。朱衛國&李剛等人AM:新型低聚物降低能量損耗，助力高效能三元有機太陽能電池
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1.前言回顧
有機太陽能電池（OSCs）憑藉其重量輕、柔韌性好、半透明、成本低等顯著優點，引起了人們的廣泛關注和研究興趣。目前，基於聚合物有機太陽能電池（PSCs）的單結器件實現了超18%的光電轉換效率（PCE）。然而，與矽基和鈣鈦礦太陽能電池相比，更大的能量損失是制約OSCs效能進一步提高的關鍵問題。為了解決這個問題，常採用的策略是開發低能量損失的二元體系，或者是將較深HOMO能級的給體或較淺LUMO能級的受體作為第三組分引入到二元主體系中，用以調節活性層的能級，並構建低能量損耗的三元體系。
另一方面，OSCs的有限吸收範圍和形態最佳化對OSCs來說也是一個挑戰。多元尤其是三元策略已成為解決上述問題的有效途徑。透過合理選擇第三組分，構建由一個給體和兩個受體（D:A1:A2）或兩個給體和一個受體（D1:D2:A）組成的高效三元OSCs器件，形成互補吸收、能級匹配、共混相容，可以有效最佳化關鍵光伏引數如開路電壓（VOC）、短路電流密度（JSC）和填充因子（FF）。然而，由於多組分相互作用，三元共混膜的形貌變得更加複雜。PM6:Y系列是報道最多的二元體系，但目前很少有研究使用低聚物給體來最佳化基於PM6:Y系列的二元OSCs器件。
圖1.分子結構與基本性質
2.文獻簡介
有鑑於此，近日，常州大學朱衛國教授團隊、香港理工大學李剛教授團隊展開合作，在前期合成的名為5BDTBDD的低聚物基礎上，進一步設計併合成了一種名為5BDDBDT的A-D-A-D-A型低聚物，其中含有BDT和BDD單元。研究人員構建了基於PM6:5BDTBDD:BTP-BO4Cl和PM6:5BDDBDT:BTP-BO4Cl共混物的三元OSCs器件，其中 5BDTBDD 和5BDDBDT 分別用作PM6:BTP-BO4Cl二元共混物中的第三組分。當採用綠色溶劑鄰二甲苯處理時，前者器件的VOC為0.843 V，JSC為26.83 mA cm-2，FF為77.43%，PCE高達17.54%；而後者器件光伏效能相當，VOC為0.839 V，JSC為26.68 mA cm-2，FF為77.42%，PCE為17.32%。
圖2.相關光伏性質比較 圖2.相關光伏性質比較
進一步研究結果顯示，5BDTBDD或5BDDBDT與受體之間具有較大靜電勢，從而可以促進激子離解。在最佳化的三元OSCs器件中，精細調整的活性層形態和改進的載流子遷移率有助於獲得更好的FF。更重要的是，儘管低聚物5BDTBDD和5BDDBDT的HOMO能級高於PM6的HOMO能級，但三元器件的VOC得到了顯著的改善，這主要歸因於能量損耗的降低，尤其是非輻射覆合。另一方面，即使加入50%的5BDTBDD，三元器件中也可獲得16.15%的PCE，這表明三元共混物對第三組分比例的高耐受性。
圖3.器件光電效能測試
3.文獻總結
綜上，該工作提供了一種新型有效的策略，透過使用低聚物作為第三組分為製備高效OSCs器件提供了重要指導。相關研究成果現已發表在國際頂級材料期刊《Advanced Materials》上，題“Novel Oligomer Enables Green Solvent Processed 17.5% Ternary Organic Solar Cells: Synergistic Energy Loss Reduction and Morphology Fine-tuning”。
本文關鍵詞：有機太陽能電池，三元器件，低聚物，低能量損失，5BDTBDD，5BDDBDT。
4.材料推薦
PM6：1832013-83-7
BTP-BO4Cl：2414918-25-3
BDD26-2ThBr：1415929-78-0
PFN-Br：889672-99-5
