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通过精细调节聚合物结构最小化电压损耗实现高效室内有机太阳能电池

DOI：10.1021/acsami.9b12018 期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 本文详细研究了以苯并二噻吩(BDT)为基、含5,8-双(5-溴噻吩-2-基)-6,7-二氟-2,3-双(3-(辛氧基)苯基)喹喔啉受体的一系列给体-受体(D-A)共轭聚合物作为电子给体的体异质结(BHJ)太阳能电池，重点考察了其光电特性、光伏性能、结构构象、形貌变化、载流子迁移率及复合动力学随BDT噻吩取代基(烷基(WF3)、烷硫基(WF3S)和氟代(WF3F))变化的关系。研究表明：相较于烷基和烷硫基取代基，氟取代基通过协同效应显著抑制双分子复合损耗、降低串联电阻(RS)、提高并联电阻(RSh)、抑制陷阱辅助复合、实现载流子传输平衡、优化纳米级形貌结构，并使最高占据分子轨道(EHOMO)能级更深?；诖耍琖F3F:[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)有机光伏器件在500 lx室内LED光照下同时实现了17.34%的高光电转换效率(PCE)与0.69 V的高开路电压(VOC)(归功于电压损耗抑制)，并在1倍太阳光(100 mW/cm2)条件下保持9.44%的PCE，属于罕见的高性能案例。
作者： Ranbir Singh，Christos L. Chochos，Vasilis Gregoriou，Alkmini D Nega，Min Kim，Manish Kumar，Sang-Chul Shin，Sang Hyeon Kim，Jae Won Shim，Jae-Joon Lee
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究采用一系列D-A共轭聚合物作为电子给体的BHJ太阳能电池的光电特性、光伏性能及结构构象，旨在降低电压损耗，并在室内与标准太阳光条件下实现高光电转换效率（PCE）。

研究成果

基于WF3F:PC71BM的有机光伏器件在室内LED光照下实现了17.34%的高光电转换效率，在1倍太阳光条件下达到9.44%，证明了氟取代基在最小化电压损失和提升器件性能方面的有效性。该研究为进一步提高有机光伏性能（特别是室内应用场景）提供了关键设计准则。

研究不足

该研究仅限于所使用的特定聚合物和受体材料，其发现可能无法直接适用于其他材料体系。此外，器件的实际可扩展性和长期稳定性问题未予探讨。

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