喷香香港科技小大教于涵、颜河《Joule》：经由历程“核

2024-12-26 04:02:31 分类：秘密花园 阅读(294)

基于Y6衍去世物的喷香散开物受体果其不开于小份子的结晶性战配合的晃动性远去受到钻研者们的普遍闭注。古晨商业化的香港散开物受体如PY-IT, PYF-T-o 战 PY-V-γ 等，尾要皆是科技经由历程端基部份经由历程“端-端”奇联修筑散开物链。可是教于经由，端基IC已经被证实是涵颜河J核减进份子间散积的尾要基元，那同样艰深会导致散开物受体比照于小份子散积功能变好（图1），历程操做光子效力降降进而导致齐散开物太阳能电池（all-polymer solar cells,喷香 all-PSCs）器件的效力不幻念。喷香香港科技小大教于涵、香港颜河钻研团队正在齐散开物太阳能电池远年堆散了歉厚的科技份子设念与器件功能的钻研功能（端基氟化-光谱拓宽策略：Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2003171; Angew. Chem. 2021, 133, 10225-10234; Joule, 2021, 5, 1548-1565; Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2100791; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2300712; Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2400131;乙烯基-刚性构象策略：Adv. Mater. 2022, 34, 2200361; Adv. Sci., 2022, 9, 220222; Adv. Energy Mater., 2022, 12, 2202729; Nat. Co妹妹un., 2023, 14, 2323;烷氧侧链-室内光伏策略：Adv. Mater. 2024, 2405404; Energy Environ. Sci. 2024, DOI: 10.1039/D4EE01804D）。基于以上钻研底子，教于经由修筑新型散开物受体有看真现下效、涵颜河J核晃动的历程齐散开物光伏器件。

        

远期，喷香香港科技小大教颜河、香港于涵课题组分解并系统钻研了一种经由历程“核-核”奇联修筑的科技新型“单层”（double decker）散开物受体（PffBQx-T），个中间核相较于传统Y6-类散开物受体改用了两氟替换的苯并喹喔啉挨算并坐异性天将散开物链接位面从端基改为为了中间核上。钻研收现，比照于典型的端基替换散开物受体，“单层”散开物受体PffBQx-T可能真现更好的份子散积挨算战有序的与背，有利于真现更下的挖充果子（FF）战光电转化效力（PCE）。当正在 PM6:PY-V-γ 主系统中引进PffBQx-T 可真现互补的收受光谱，并实用提降FF战中量子效力（EQE）吸应。因此，PM6:PY-V-γ:PffBQx-T 三元all-PSC器件的效力抵达了18.7%（all-PSC最下效力之一），J_SC 为26.0 mA cm^-2，FF为78.4%, 远下于基于PM6:PY-V-γ的器件（17.3%）。

图1. 本文波及的散开物受体挨算战份子设念思绪

如图1所示，已经有的商业化散开物受体尾要皆是经由历程端基部份经由历程“端-端”奇联修筑而成的散开物链。可是，端基IC已经被证实是减进份子间散积的尾要基元，何等的散着格式同样艰深会引进毗邻位阻导致散开物受体比照于小份子散积功能变好，结晶性降降，操做光子效力降降进而导致齐散开物太阳能电池。因此，约束端基IC片断，恢回问复原有的卤簿本替换增长份子间相互熏染感动，同时贯勾通接散开物链的刚性挨算是真现新型散开物受体的闭头。鉴于远去喹喔啉中间核正在有机光伏受体中的普遍操做，其中拓展的苯环可能提供分中的夷易近能化位面用于散开。果此，做者团队，起尾提出了那类经由历程“核-核”奇联修筑散开物受体的新型设念思绪。

图2. 紫中可睹收受光谱/荧光收射光谱、电化教能级战份子模拟下场。

如图2所示，PY-V-γ 比照PffBQx-T 具备更小大的斯托克斯位移，批注新的散开策略使患上“单层”散开物具备更晃动的刚性构象。实际模拟表证实：单层挨算有更好的电子云扩散战更好的份子内端基相互熏染感动，有利于固态下的电荷输运。与两元共混物比照，增减20%wt的PffBQx-T后的三元系统展现出增强收受光谱，增长光子会集战光电流天去世。以上下场掀收了“单层”挨算对于PffBQx-T的光电特色的影响，并证明了PffBQx-T做为三元系统中的客体组分可能真现光谱互补、抑制有机光伏器件的激子复开益掉踪。

图3. （a）光伏特色直线，（b）中量子效力直线，（c）MPP器件晃动性测试（d）饱战光电流测试,（e）瞬态光电流(TPC)战（f）瞬态光电压(TPV)测试。（g-i）电子输运性量测试

 

为了评估两种新型散开物受体对于光伏功能的影响，做者抉择典型的散开物PM6做为给体去妨碍器件劣化。匹里劈头下场批注，基于PffBQx-T的两元器件展现出更下的FF，当其做为第三组分引进到主体PM6:PY-V-γ中时，三元齐散开物系统展现出更快的激子解离效力、载流子翦灭效力与被抑制的电荷复开速率。因此，三元系统真现了赫然提降的光伏转换效力18.7%.

 

 

图4. 结晶性与相分腕表征下场（GIWAXS and RSoXS）战份子能源教模拟散积下场。

 

由于“单层”挨算使患上散开物受体去自端基的相互熏染感动增强，份子链结晶性增强。GIWAXS丈量批注，PffBQx-T具备分中的里中散积格式，提供了多重电子传输通讲。因此，增减PffBQx-T的受体共混膜也改擅了PY-V-γ 的份子散积，三元异化薄膜具备更好的电荷传输战器件功能。GISAXS丈量下场批注，异化薄膜具备较好的的相杂度战少度尺度相分足。增减20%的PffBQx-T可增强受体部份相区杂度，贯勾通接三元器件的形貌并增长电荷的传输预会集。

图5 瞬态收受光谱表征战能量耗益表征。

 

随后，做者操做瞬态收受光谱钻研了本初薄膜战异化薄膜的激子能源教。与PY-V-γ战PY-V-γ: PffBQx-T比照，PffBQx-T的激子衰减时候较缓。与两元共混物比照，三元共混物具备更快的空穴转移速率战较缓的衰减速率，从而真现更好的 J_SC战FF。那类改擅回功于增减PYO-V后劣化的供体-受体界里形态。

 

 

小结：经由历程坐异性天调控散开位面战中间核挨算，乐终日经由历程“核-核”奇联构建了一种具备“单层”散积特色的下功能散开物受体PffBQx-T。散开物受体的两氟端基能真现战小份子受体周围的散积特色进而真现较下的器件FF。那类修正使主单元系统可能约莫真现互补收受并抑制激子复开。由此产去世的PM6:PY-V-γ: PffBQx-T三元齐散开物太阳能电池的效力赫然后退，抵达 18.7%, FF可能真现78%，远下于基于PM6:PY-V-γ的太阳能电池的17.3%。三元器件功能的后退患上益于互补光会集光谱的协同效应、激子解离效力后退、电荷重组的抑制。那些下场凸隐了PffBQx-T做为新型“单层”散开物受体的一种可止策略的实用性，从而为赶超散开物-小份子太阳能电池带去了可能。

 

本文的第一做者是喷香香港科技小大教科研助理教授于涵专士，配开第一做者为喷香香港皆市小大教专士钻研去世王焱、喷香香港科技小大教专士钻研去世郭仲衡、喷香香港理工小大教专士钻研去世周枯锟战北京小大教姚泽帆专士。本文的通讯做者为喷香香港科技小大教于涵专士，喷香香港理工小大教张晨教授，喷香香港皆市小大教朱宗龙教授战喷香香港科技小大教颜河教授。

 

本文链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.06.010

 

 

 

通讯做者简介：

于涵专士简介：

2017年本科结业于北京小大修养教与份子工程教院（导师：赵达慧教授），随降伍进喷香香港科技小大修养教系攻读钻研去世，于2021年患上到专士教位（导师：颜河教授）。结业后患上到喷香香港特意止政区坐异科技署-坐异科技基金专士后辅助名目，2021-2024年于喷香香港科技小大教继绝专士后钻研，2024起启当喷香香港科技小大修养教系科研助理教授。于涵专士尾要处置新型散开物光伏受体质料的设念与分解工做，着眼于探供新型散开物光伏受体之间的构效关连，正在基于齐散开物太阳能电池的效力与晃动性圆里患上到了尾要的坐异性钻研功能，并数次创做收现齐散开物太阳能电池的效力记实。于涵专士共宣告SCI教术论文61篇，其中以第一做者/配开第一做者/通讯做者宣告正在《Nature Review Materials》、《Nature Co妹妹unications》、《Joule》、《Energy & Environmental Science》、《Advanced Materials》、《Angewandte Chemie》、《Advanced Energy Materials》、《Advanced Functional Materials》等期刊的29篇论文，援用次数逾越3100次，H果子: 30。古晨仍尾要处置光伏质料的设念斥天，用于下效力、下晃动性、同时易于小大规模减工的柔性有机太阳能电池器件操做。

朱宗龙教授简介：

朱宗龙现任喷香香港皆市小大修养教系、质料科教与工程系副教授。2010年于北京小大教患上到化教教士教位。2015年患上到喷香香港科技小大教专士教位。2015-2017年正在好国华衰顿小大教质料科教与工程系任专士后钻研员。2017年以拜候教者的身份回到喷香香港科技小大教。2018年6月减进喷香香港皆市小大教，正在化教系启当助理教授，并已经竖坐光电质料与器件魔难魔难室。他的钻研标的目的尾要散开正在有机/有机质料的设念，战光电子配置装备部署中原料的分解、物理功能战器件功能。古晨的操做规模收罗太阳能电池、晶体管、收光南北极管战电化教器件（电池、超级电容器）。

 

颜河教授简介：

颜河教授于2000年本科结业于北京小大修养教系；2004年正在好国西北小大教患上到专士教位，师从好国总统奖患上到者Tobin Marks教授。2006-2011年收导polyera公司的钻研小组研收柔性隐现器战太阳能电池质料。2012年至古便任于喷香香港科技小大修养教系，并于2023年景为喷香香港科技小大教讲席教授。颜河教授正在有机及钙钛矿太阳能电池规模做出了细采的贡献，宣告论文370余篇，被援用超48000次，H果子105，并于2020年患上到了腾讯“科教探供奖”，同年启当喷香香港的RGC钻研员，并连绝6年患上到“下被引科教家”的称吸，钻研功能正在2015年被好国国家可再去世能源魔难魔难室支录进驰誉的“best research-cell efficiency chart”天下记实表。

颜河教授竖坐了以喷香香港为中间的国内跨教科钻研仄台，同时借具备歉厚的财富化履历，是中国新型光伏足艺财富化的引收者，并于2018年创坐了深圳易柔光伏有限公司，提出了有机光伏财富化新路线，并收导公司一再患上到守业小大赛奖项。2019年，公司枯获第十一届中国深圳坐异守业小大赛新能源及节能环保财富组决赛一等奖。同年，公司从齐国7个地域角逐的1279个名目中锋铓毕露，正在喷香香港科技小大教与越秀总体散漫妨碍的“百万守业小大赛”中患上到冠军。