目前，隨著國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)跟智能工廠的不斷完善，室內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)(IPVs)越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的密切關(guān)注。室內(nèi)有機(jī)光伏技術(shù)（IOPV）作為一種適用于物聯(lián)網(wǎng)的能源供應(yīng)方案，近年來(lái)在室內(nèi)LED的光照條件下已實(shí)現(xiàn)了超30%的光電轉(zhuǎn)換效率，初步達(dá)到了工業(yè)生產(chǎn)的基本性能要求。然而，目前，高性能IOPV大多是由共軛聚合物給體（PDs）與小分子受體（SMAs）的常規(guī)組合方式所實(shí)現(xiàn)的。然而，這種類型的IOPV存在一個(gè)關(guān)鍵的局限性：由于小分子受體（SMAs）具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tgs），其快速擴(kuò)散的特性可能導(dǎo)致混合膜結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變化，對(duì)器件長(zhǎng)期穩(wěn)定性造成不良影響。因此，開發(fā)具有更高Tg和更優(yōu)良結(jié)晶度的受體材料是解決以上困境的必要之舉。

近期，來(lái)自香港理工大學(xué)、香港科技大學(xué)及北京化工大學(xué)的學(xué)者們報(bào)道了一種新穎的小分子二聚化設(shè)計(jì)思路，通過(guò)將兩個(gè)烷氧側(cè)鏈基Y-type單體用一個(gè)剛性的乙烯基鏈接體連接起來(lái)，合成了兩種具有吸收譜藍(lán)移性質(zhì)的二聚體，即DY4FO-V 和 DY6FO-V，同時(shí)提高了 IOPV 的效率和穩(wěn)定性。

結(jié)果顯示，兩種新型二聚體在 PM6:Acceptor基器件中均表現(xiàn)出 1.00 V 的高開路電壓，是在基于Y-type 二聚體的二元 OPV 中最高的開路電壓值。令人驚訝的是，基于DY6FO-V的二元器件獲得了 16.6% 的良好效率，其在可見光范圍內(nèi)的 EQE 響應(yīng)也較高，且陷阱輔助復(fù)合較少。因此，在 2600 K LED 燈下，優(yōu)化后的基于 PM6:DY6FO-V 的器件實(shí)現(xiàn)了令人鼓舞的 29.1% 的光電轉(zhuǎn)換效率，標(biāo)志著二元 IOPV 的最好性能。

此外，DY6FO-V 具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，這使得相應(yīng)器件具有出色的器件穩(wěn)定性，在 1100 小時(shí)內(nèi)仍能保持約 81% 的初始值，從而突顯了其長(zhǎng)期商業(yè)應(yīng)用的可行性。此外，基于DY6FO-V的柔性器件與基于小分子受體的柔性器件相比，表現(xiàn)出更強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性，這表明DY6FO-V在柔性制造方面具有巨大潛力。這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)具有商業(yè)化潛力的適合于室內(nèi)發(fā)光的二聚體材料提供了重要指導(dǎo)，有助于實(shí)現(xiàn)高性能且穩(wěn)定的 IOPV。

相關(guān)工作以“Indoor Organic Photovoltaics with Over 29% Efficiency and Great Stability Enabled by Giant Dimeric Acceptors with Hypsochromic Absorption and High Glass Transition Temperature”的研究性文章發(fā)表在Wiley 的旗艦刊物Advanced Science。本文的第一作者是香港科技大學(xué)的已畢業(yè)博士生鄒博森，共同第一作者為香港科技大學(xué)的博士研究生Ho Ming Ng和北京化工大學(xué)博士研究生李正凱；香港理工大學(xué)于涵教授、香港科技大學(xué)顏河教授以及北京化工大學(xué)張志國(guó)教授為論文共同通訊作者。

論文鏈接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202512690

圖1. 不同分子量的受體的分子設(shè)計(jì)策略以及相應(yīng)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

圖2. 本文所涉及受體的紫外可見光吸收光譜、能級(jí)排布、分子結(jié)合能計(jì)算以及分子堆積比較。

圖3. 二元OSCs光伏器件性能與物理分析。

圖4. 混合膜形貌分析。

圖5. 室內(nèi)光伏及器件穩(wěn)定性表征。

綜上所述，為了同時(shí)提升室內(nèi)有機(jī)光伏器件的效率和穩(wěn)定性，以便用于進(jìn)一步的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，我們通過(guò)一種簡(jiǎn)便的合成方法提出了兩種具有吸收譜藍(lán)移和高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的 Y-type二聚體（DY4FO-V 和 DY6FO-V）。具有明確化學(xué)結(jié)構(gòu)的Y-type二聚體證明能夠結(jié)合小分子和聚合物受體的優(yōu)點(diǎn)。此外，我們的新材料 具有更好的結(jié)晶度，因此具有更快的載流子傳輸速度和更小的非輻射復(fù)合損失，優(yōu)于基于小分子和聚合物受體的器件性能。通過(guò)調(diào)整氟化程度，基于多氟化 DY6FO-V 的器件實(shí)現(xiàn)了 16.6% 的光電轉(zhuǎn)換效率，具有良好的開路電壓和填充因子，可用于進(jìn)一步的室內(nèi)光伏器件應(yīng)用。結(jié)果，優(yōu)化后的基于 DY6FO-V 的 IOPV 實(shí)現(xiàn)了在室內(nèi)光照下的 29.1% 的高光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，基于 DY6FO-V 的器件在光/熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性方面均優(yōu)于小分子受體對(duì)照組。我們的研究強(qiáng)調(diào)了開發(fā)具有吸收譜藍(lán)移特性的 Y-type二聚體對(duì)于開發(fā)具有卓越穩(wěn)定性的高效室內(nèi)有機(jī)光伏器件的重要性。

來(lái)源：材料科學(xué)與工程公眾號(hào)。感謝論文作者團(tuán)隊(duì)支持。

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