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[材料资讯] 曹镛课题组在《Nature Communications》发表全聚合物太阳电池研究成果

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发表于 2019-10-6 10:08:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
       华南理工大学材料科学与工程学院曹镛院士团队通过精细的光学调控和形貌优化策略,实现大面积/厚膜全聚合物太阳电池的光伏效率超过10%,有效地克服了有机太阳电池由实验室小面积(<0.05 cm2)向1 cm2初级模组规模过渡时的性能损失。相关成果以“Surpassing the 10% efficiency milestone for 1-cm2all-polymer solar cells”为题,发表于国际著名期刊Nature Communications上。论文第一作者为樊宝兵博士,通讯作者为黄飞教授、应磊研究员,以及爱尔兰根-纽伦堡大学的李宁博士,华南理工大学为论文的第一完成单位。

全聚合物太阳电池

全聚合物太阳电池
       全聚合物太阳电池作为一种清洁能源技术,具有柔性、全固态、可低成本溶液加工、可实现半透明等突出优点,以及优异的光、热、机械稳定性,展现出巨大的商业价值和应用前景。通常,薄膜全聚合物太阳电池对近红外光的利用率较低,限制了器件短路电流的提升;而增加膜厚将导致电荷复合严重、填充因子低等问题。该研究基于萘二酰亚胺类聚合物电子受体的独特光学特性,利用光管理策略解决了短路电流的瓶颈,通过精细调控光敏层形貌,克服了填充因子损失,实现了1-cm2厚膜全聚合物太阳电池的能量转换效率超过10%,为聚合物太阳电池的应用奠定了基础。

        全聚合物太阳电池优点
       与无机太阳能电池相比, 聚合物太阳能电池具有超薄、重量轻、低成本、柔性、可大面积制备等特点。聚合物太阳能电池的光活性层一般由聚合物给体和富勒烯受体共混。由于富勒烯受体存在可见区吸收弱等缺点,非富勒烯受体尤其是聚合物受体越来越受到人们的关注,然而非富勒烯电池的效率大大低于富勒烯电池,发展高性能的非富勒烯聚合物受体是聚合物太阳能电池领域的挑战性难题。根据Web of Sciences的调研报告,全聚合物太阳能电池是当今能源研究的最热门也是最有挑战的课题之一,近两年已在JACS,EES,AM等顶尖期刊发表多篇文章。从材料角度来看, 低效率的主要原因有两点: 有机半导体材料吸收太阳光波段不宽, 绝大部分材料最大吸收波段在350~650nm, 而太阳光最大光子流在600~800nm, 因此吸收光谱与太阳发射光谱不匹配,太阳光利用率低: 电子迁移率低。

       附:论文作者简介
       樊宝兵,华南理工大学博士后,主要从事聚合物半导体材料设计与有机太阳电池光伏性能研究。以第一作者在Nature Energy、Nature Communications、Energy & Environmental Science、Advanced Materials(2篇)、Advanced Energy Materials(2篇)、Advanced Functional Materials等杂志发表SCI论文13篇,其中ESI高被引论文5篇。
       应磊,研究员,博士生导师,主要从事有机/聚合物光电材料开发及产业化关键技术研究。在Nature Energy、Nat Commun、Energy Environ Sci、Adv Mater等SCI期刊上发表论文160余篇(其中第一/通讯作者论文110余篇),被引用4500余次,共12篇论文入选ESI高被引论文。获授权美国发明专利5件,中国发明专利12件。主持国家自然科学基金优青、广东省杰青等项目,入选广东特支计划青年拔尖人才等。
       黄飞,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室副主任,国家杰出青年基金获得者(2011),教育部长江学者特聘教授(2016)。主要从事新型有机高分子光电功能材料领域的研究,发表SCI学术论文200余篇,他引累积超过12000余次,多次入选ESI材料领域全球高被引科学家。先后参与获得过2010、2015年国家自然科学二等奖、2014年美国化学会Arthur K. Doolittle Award、2015年教育部首届青年科学奖等。
       曹镛,男,1941年10月生,1959年高中毕业于湖南长沙一中, 1965年毕业于原苏联列宁格勒大学化学系,化学学士。1979-1981,大学日本东京大学化学系物理化学黑田研进修, 1987年获东京大学理学博士。1966年至1988年任职中国科学院化学研究所. 1988年至1990年美国加州大学圣巴巴拉分校高分子及有机固体研究所资深研究员。1990年至1998年美国加州圣巴巴拉UNIAX公司资深研究员, Fellow。1998年至今华南理工大学材料学院教授, 2001年当选中国科学院院士。


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