北京大學Adv. Mater.：具有強近紅外吸收的六環非富勒烯受體用于9.77％效率的半透明有機太陽能電池

【背景介紹】

太陽能電池作為通過光伏效是將無窮無盡的太陽能轉化為電力的技術，對大量消耗化石燃料造成的能源危機，溫室效應和環境污染是一個有希望解的長期解決方案。有機太陽能電池（OSCs） 由于它們具有制備容易，成本低，重量輕，機械靈活性好，成為半透明器件的能力等優點引起了學術界和工業界的高度關注。長時間以來，富勒烯衍生物由于其高電子遷移率，高電子親和力和各向同性電荷傳輸成為OSC中主要的電子受體材料。

【成果簡介】

近日，來自北京大學的占肖衛教授（通訊作者）等人設計合成了基于強推電子基團的二聯噻吩并噻吩并[3,2-b]噻吩兩側的吸電子收斂基團1,1-二氰基亞甲基-3-二氫茚酮的六環電子受體（IHIC）并應用于半透明有機太陽能電池（ST-OSCs）。IHIC顯示強烈的近紅外吸收，消光系數高達1.6×10⁵m^-1cm^-1，窄的光學帶隙為1.38eV，電子遷移率高達2.4×10^-3 cm ² V^-1 s^-1。基于窄帶隙聚合物供體PTB7-Th和窄帶隙IHIC受體的共混物的ST-OSCs表現出9.77％的功率轉換效率，平均可見光透射率為36％并有優異的器件穩定性，這種效率遠遠高于文獻中報道的任何單結和串聯ST-OSC。

【圖文導讀】

圖1?IHIC的吸收光譜和循環伏安圖

a）IHIC在氯仿和薄膜中的吸收光譜

b）IHCN膜在CH₃CN/0.1m [^_nBu₄N]⁺[PF₆]^- 在100mV s ^-1下的循環伏安圖，水平刻度是指Ag/AgCl電極

圖2?J-V特性及EQE光譜

a）J-V特性

b）在100mW cm^-2時，AM 1.5G的照明下最佳ST-OSC的EQE光譜

圖3?在文獻和本文中報道的一些代表性單連接ST-OSC的PCE與ACT的情況

9.77％的PCE遠高于最佳單結半透明器件（6.22％），甚至高于最佳串聯半透明器件（8.02％）

圖4?半透明器件的可見透射光譜

具有ITO / ZnO / PTB7-Th：IHIC（100nm）/ MoO3 / Au（1nm）/ Ag（15nm）結構的優化半透明器件的可見透射光譜，可見區域（370-740 nm）中優化設備的透射光譜，并且該裝置顯示≈36％的AVT，確保相當大的透明度

圖5?Jph與Veff特性及優化裝置的JSC與光強度

a）Jph與Veff特性

b）優化裝置的JSC與光強度

圖6?PTB7-Th：IHIC的2D GIWAXS和?GISAXS模式分析

a）具有和不具有CN的PTB7-Th：IHIC的2D GIWAXS模式

b）沿著平面外和平面方向的相應GIWAXS剖面

c） 具有和不具有CN的PTB7-Th：IHIC的2D GISAXS模式

d）沿著平面方向的相應的GISAXS型材和最佳配件

【總結】

本文使用窄帶隙聚合物供體PTB7-Th和窄帶隙受體IHIC制造非富勒烯ST-OSC，該活性層表現出強的近紅外吸收，但弱的可見光吸收，因此可以充分利用NIR光以達到高效率，同時保持高的可見透明度。ST-OSCs的高效率，良好的透明度和極好的穩定性使它們有望在BIPV中實現商業應用。

文獻鏈接：Fused Hexacyclic Nonfullerene Acceptor with Strong Near-Infrared Absorption for Semitransparent Organic Solar Cells with 9.77% Efficiency（Adv. Mater.,2017,DOI:10.1002/adma.201701308）

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