В ходе совместного российско-китайского исследования удалось создать органическую солнечную батарею с эффективностью >18%

Органические солнечные батареи (ОСБ) являются одной из наиболее перспективных технологий по использованию возобновляемых источников энергии, благодаря низкой стоимости, гибкости и легкости, а также возможности производства устройств большой площади методом рулонной печати. Активная разработка новых донорных и акцепторных материалов активного слоя ОСБ, ведущаяся в последние годы по всему миру, позволила получить ОСБ с эффективностью преобразования энергии выше 19%. Среди акцепторных материалов нефуллереновые акцепторы (NFAs), имеющие, как правило, архитектуру «акцептор-донор-акцептор» (А-D-A), имеют широкие возможности функционализации для тонкой настройки энергетических уровней, а также высокую светопоглощающую способность в области видимого и ближнего ИК-диапазона.

Сотрудники Лаборатории полисераазотистых гетероциклов ИОХ РАН совместно с коллегами из Нанькайского университета (Тяньцзин, Китай) осуществили модификацию известного с 2019 года модельного NFAs – молекулы Y6, содержащей электронодефицитное центральное ядро на основе конденсированного 2,1,3-бензотиадиазола – с целью оптимизации энергетических уровней, улучшения молекулярной планарности, а также межмолекулярного переноса заряда. Было установлено, что замена длинной алкильной цепи в центральном кластере на 4-алкоксифенильные заместители позволяет при синтезе избежать использования оловосодержащих реагентов и получать целевые структуры из более дешевых и доступных субстратов. Изучение влияния длины алкильного радикала 4-алкоксифенильной группы показало незначительное отличие свойств красителей с бутокси-, гексилокси- и октилокси-группами. Тем не менее, сенсибилизатор со средней длинной цепи при смешении с донорным полимерным материалом РМ6 позволил получить пленки активного слоя с лучшей морфологией, что привело к конструированию устройства с фотовольтаической эффективностью 17.59%, которое к тому же демонстрировало высокую стабильность, обусловленную улучшенными кристаллическими свойствами, более эффективным разделением экситонов и сниженным процессом рекомбинации зарядов. При использовании Y6 в качестве третьего компонента активного слоя ученым удалось добиться повышения фотовольтаической эффективности ОСБ до 18%.
 

Источник:

Zhixiang Li, Changzun Jiang, Xin Chen, Guangkun Song, Xiangjian Wan, Bin Kan, Tainan Duan, Ekaterina A. Knyazeva, Oleg A. Rakitin, Yongsheng Chen Side-chain Modification of Non-fullerene Acceptors for Organic Solar Cells with Efficiency over 18% // J. Mater. Chem. C, 2023, 11, 6920-6927. DOI: 10.1039/D3TC00820G.