化學所有機太陽能電池中電荷轉(zhuǎn)移機理研究獲進展
光伏產(chǎn)業(yè)網(wǎng)訊
發(fā)布日期：2019-07-25
核心提示：
化學所有機太陽能電池中電荷轉(zhuǎn)移機理研究獲進展。
近年來，有機太陽能電池(OPV)領(lǐng)域取得了迅猛發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)突破了15%，展現(xiàn)了光明的應(yīng)用前景。從光活性材料的化學結(jié)構(gòu)特點理解OPV中電荷轉(zhuǎn)移機理，特別是低能量損失下激子解離的驅(qū)動力來源，對于設(shè)計新穎材料提高電池性能具有重要意義。
在中國科學院和國家自然科學基金委支持下，中科院化學研究所高分子物理與化學實驗室侯劍輝課題組的姚惠峰等人，開展了有機光伏分子化學結(jié)構(gòu)與電荷產(chǎn)生機理間構(gòu)效關(guān)系的相關(guān)研究。在前期的工作中(Chin. J. Chem. 2018, 36, 491-494)，研究人員發(fā)現(xiàn)OPV中電子給體和電子受體的分子表面靜電勢(ESP)存在較大差異，促進了電荷的高效生成。
最近，姚惠峰等人設(shè)計了新穎的聚合物給體材料PTO2，并詳細研究了分子表面ESP對電荷轉(zhuǎn)移過程的影響機制。研究結(jié)果表明，PTO2與非富勒烯受體材料IT-4F存在顯著的ESP差異，相應(yīng)的分子間電場提供了激子解離的驅(qū)動力，促進了電荷轉(zhuǎn)移，基于此的電池具有高效的電荷生成效率;而在PTO2與富勒烯衍生物受體的界面，ESP的差異相對較小，電荷轉(zhuǎn)移需要額外電場的輔助。
此外，研究人員與瑞典林雪平大學和隆德大學的合作者在器件和光物理方面開展了相應(yīng)研究，對ESP理論具有重要支撐。該工作建立了分子結(jié)構(gòu)與電荷轉(zhuǎn)移過程的聯(lián)系，為高效率光伏材料的設(shè)計提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的《美國化學會志》(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7743-7750)上。