研究人员创造了稳定二元有机太阳能电池的新效率记录

中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子一教授课题组开发了两种具有大偶极矩的自组装分子(SAM)，并将其用作空穴传输层(HTL)在二元有机太阳能电池(OSC)中的应用，实现了高效稳定的二元OSC，其功率转换效率(PCE)高达19.70%，创历史新高。

OSC由于具有重量轻、机械柔韧性好和半透明等优点，在有机电子器件领域引起了极大的关注。新材料的开发和制造工艺的优化使得OSCs的PCE快速提高，已超过19%。

作为广泛用于高效OSC的空穴传输材料，PEDOT:PSS由于其亲水性和强酸性而赋予OSC相对较低的稳定性。因此，在传统OSC中实现效率和稳定性之间的平衡仍然是一个挑战。

为了解决这个问题，研究人员设计并合成了两种具有不对称主链的不对称SAM，即BrCz和BrBACz。这两个SAM分别作为基于众所周知的PM6:Y6、PM6:eC9、PM6:L8-BO和D18:eC9系统的二进制OSC中的HTL。

与传统的PEDOT:PSS控制的OSC相比，BrCz控制和BrBACz控制的OSC表现出更高的透过率、更深的功函数和更低的表面能，从而实现增强的空穴提取、增加的空穴迁移率、降低的界面电阻和减少的载流子复合。

基于BrBACz的OSC实现了19.70%的创纪录高PCE，电流密度高达29.20mAcm-2，电路电压为0.856V，这是迄今为止报道的二元OSC的最高值。

当暴露在环境空气(40±5%湿度)和连续照明1,036小时时，BrBACz控制的器件可以保持高达95.0%的初始效率，这是传统OSC的最佳空气稳定性。

此外，BrBACz控制的器件在其他著名的二元系统中也发挥了显着的作用，如PM6:Y6、PM6:L8-BO和D18:eC9，展示了其良好的通用性。

这项工作可能为通过合理的分子结构设计高效稳定的OSCs的未来开发和应用提供线索。