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鄭州大學孫晨凱課題組 ACS Nano：低成本聚合物給體PTQ16-10實現19.52%效率的有機太陽能電池

2024-12-31 來源：高分子科技

溶液加工的有機太陽能電池(OSCs)憑借其輕便性、柔性、以及半透明性等優點，在光伏領域贏得了廣泛矚目。在有機光伏材料和器件工程快速發展的推動下，OSCs的能量轉換效率(PCE)已超過20%，達到了商業化應用的門檻。要實現OSCs的產業化，低成本、高性能和高穩定性是必不可少的。然而，當前報道的大多數高性能有機光伏材料普遍面臨合成工藝復雜、提純難度大、產量有限等挑戰，這些因素直接推高了光活性層材料的成本，這不利于實現大規模制備和商業化應用；同時，當前在探索低成本高效有機光伏材料方面，相關研究尚顯不足。因此，開發新型的低成本和高性能的有機光伏材料對于推動OSCs的實際應用具有重要意義。

針對上述問題，在國家自然科學基金和河南省自然科學基金的大力支持下，鄭州大學化學學院孫晨凱課題組通過在前期開發的低成本高效聚合物PTQ10的分子骨架中引入簡單結構的苯并三氮唑(BTA)單元，設計合成了兩個低成本的三元共聚物給體PTQ16-10和PTQ16-20。與PTQ10相比，BTA單元的引入導致了兩個三元共聚物增加的光吸收系數、上移的能級、更有序的分子π-π堆積、增強的分子結晶度和更好的電荷傳輸能力。因此，基于PTQ16-10:K2的OSCs實現了增強的電荷生成和傳輸，最終實現了18.83%的PCE。此外，通過引入另一種結構相似的受體K6作為第三組分，基于PTQ16-10:K2:K6的三元體系的能級排列、微觀形態和電荷轉移得到了進一步優化。最終，三元器件實現了19.52%的PCE，這是基于低成本有機光伏材料的OSCs的最高PCEs之一。

相關研究成果以“Enhanced Charge Generation and Transport by Incorporating a Benzotriazole Unit for Low-Cost and High-Efficiency Organic Solar Cells”為題發表在國際頂尖學術期刊《ACS Nano》上，鄭州大學化學學院博士研究生張曦曦為論文第一作者，鄭州大學化學學院孫晨凱直聘教授為論文的通訊作者，鄭州大學化學學院為第一單位。

論文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c12268

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（責任編輯：xu）

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