UCLA杨阳教授团队《Adv. Mater.》：高性能串联聚合物太阳能电池方面取得新进展

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作者|老酒高分子 来源|高分子科技(ID：Polymer-China)

聚合物太阳能电池，作为下一代可再生能源技术的重要候选者之一，具备低成本，质量轻，可柔性大面积制备等优势，受到了人们越来越多的重视。过去十年里，聚合物太阳能电池的发展很快，其最高能量转换效率由7%提高到了17%。

为了克服单节聚合物太阳能电池的局限性，人们发明了串联聚合物太阳能电池。最近，得益于非富勒烯受体的发展，串联聚合物太阳能电池的研究进展很快，但其能量转换效率仍然没有超过单节聚合物太阳能电池。目前，串联聚合物太阳能电池的前节电池通常由宽带隙给体和宽带隙受体组成。而后节电池比较复杂，通常以窄带隙受体以吸收近红外光，宽带隙给体以实现较高的器件开路电压。在串联电池工作的时候，带隙较宽的前节电池会大量吸收紫外和可见光，这将会造成后节电池中宽带隙给体吸收的光大量下降，从而使得在给体上的载流子产生数量急剧下降，最终将降低后节电池中给体的导电性。

图1. a) 不同器件中光的入射b) 不同器件中的激子产生，激子拆分和载流子传输 c) 分子结构 d) 吸收光谱。 

最近，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）材料科学与工程系的杨阳教授（Prof. Yang Yang）团队提出了一种简单有效的方法试图解决上述问题。如图1所示，他们将少量的可吸收近红外光的窄带隙聚合物给体PDPP2T-TT作为第三成分加入到PBDB-T/Y1活性层中，并应用于串联聚合物太阳能电池的后节部分。尽管大部分的紫外光和可见光仍然被前节电池所吸收，额外的激子可在后节电池的窄带隙给体材料PDPP2T-TT上生成。这为后节电池提供了额外的载流子产生和空穴传输通道，以最大程度减少宽带隙给体PBDB-T空穴传输性能下降的不利影响。最终，基于三组分后节电池的串联聚合物太阳能电池展现了更高的短路电流密度和能量转换效率。

相关成果发表在Advanced Materials, 2020, DOI: 10.1002/adma.202002315上。论文的第一作者为杨阳教授课题组程沛博士，通讯作者为杨阳教授（杨阳教授现任西湖大学工学院院长）。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002315

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