A célula solar de polímero é composta por uma camada activa de mistura de um dador de polímero conjugado de tipo p e um derivado de fullereno ou um aceitador de semicondutor orgânico de tipo n de fullereno intercalado entre um eletrodo condutor transparente e um eletrodo de metal, As vantagens proeminentes de processabilidade, peso leve e a capacidade de serem fabricadas em dispositivos flexíveis e translúcidos têm sido o foco da pesquisa global de energia nos últimos anos. As aplicações comerciais de células solares de polímero requerem alta eficiência, alta estabilidade do dispositivo e baixo custo Isso depende principalmente do desenvolvimento de materiais fotovoltaicos.
Uma vez que o conceito de heterojunção em massa foi proposto por Alan J. Heeger et al em 1995, a pesquisa sobre materiais e dispositivos fotovoltaicos para células solares de polímeros foi desenvolvida continuamente. Na fase inicial da pesquisa, a eficiência dos dispositivos era muito baixa e o foco da pesquisa era principalmente melhorar Eficiência ao aumentar a corrente de curto-circuito do dispositivo, projetando e sintetizando sistemas de banda estreita, absorção ampla e materiais fotovoltaicos de doadores de polímero com níveis de energia HOMO mais baixos e materiais fotovoltaicos aceitadores de derivados de fullereno com níveis de energia LUMO mais elevados A tensão do circuito aberto e a eficiência da conversão de energia. Nos últimos anos, com o desenvolvimento de materiais fotovoltaicos de aceitador de semicondutores biológicos de tipo n-wideerene de banda estreita e os materiais fotovoltaicos de dador de polímero de ampla banda de absorção, a célula solar de polímero A eficiência da conversão de energia foi melhorada rapidamente, a eficiência de dispositivos de área pequena no laboratório recente excedeu 12 ~ 13%, atingindo o limiar para o desenvolvimento de aplicações práticas. Portanto, melhorar a estabilidade e reduzir custos tornou-se a aplicação prática de células solares de polímero No entanto, a maioria dos materiais fotovoltaicos altamente eficientes atualmente relatados são complexos em estrutura e são difíceis de sintetizar, por isso é difícil atender às necessidades de aplicações comerciais. Os materiais fotovoltaicos econômicos serão um grande desafio para aplicações comerciais de células solares de polímeros.
Apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e pela Academia Chinesa de Ciências, pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências e da Academia Chinesa de Ciências Instituto de Laboratório de Química Laboratório Chave de Grupo de pesquisa de sólidos orgânicos sólidos Li Yong Fang recentemente projetado e sintetizado um material de doador de polímero de baixo custo e eficiente PTQ10 (Estrutura molecular ilustrada na Figura a) PTQ10 é uma estrutura simples do copolímero DA, em que o anel de tiofeno como unidade doadora, a quinoxalina como unidade receptora na cadeia lateral de alcoxi introduzida com quinoxalina é para melhorar a polimerização Solubilidade e aumento da absorção de luz, a introdução de átomos de dois flúor para reduzir o nível do polímero HOMO e aumentar a mobilidade do buraco da molécula pode ser uma síntese barata em duas etapas de matérias-primas (Figura c) e atingir quase 90% de Rendimento total, reduzindo o custo do material. Mais importante, o uso de PTQ10 como doador, a estrutura é um IDIC de semicondutor orgânico de tipo n relativamente simples (Figura a) é um polímero preparado pelas células solares de polímero (veja a estrutura do dispositivo A eficiência máxima de conversão de energia da Fig. B) é de 12,70% e a eficiência do dispositivo de estrutura inversa atinge 12,13% (a eficiência confirmada pelo Instituto da Metrologia da China é de 12%). , A espessura da camada ativa na faixa de 100nm a 300nm pode exceder 10% da eficiência do dispositivo, o que é muito favorável à preparação em larga escala do dispositivo. Comparado com outros materiais fotovoltaicos de dador de polímero altamente eficientes relatados na literatura mais de 10% O PTQ10 tem as vantagens excepcionais de rendimento e eficiência, tanto nas etapas de síntese.
Considerando as vantagens de baixo custo, alta eficiência e sensibilidade à espessura, o PTQ10 é altamente promissor como material de dador de polímero em aplicações comerciais de células solares de polímero. O trabalho foi publicado na edição de 21 de fevereiro de Nat. Commun 2018, 9, 743).
