На фоне глобального ускорения движения к целям углеродной нейтральности органические фотоэлектрические технологии (OPV) переходят от лабораторных исследований к промышленному масштабу, опираясь на свои уникальные преимущества: малый вес, гибкость, полупрозрачность, возможность растворной переработки и экологичность.
Как премиальный бренд биохимических баз данных и функциональных материалов под эгидой Watson, компания ChemWhat в последние годы сосредоточила значительные усилия на ключевых функциональных материалах для органических фотоэлектрических элементов, системно расширяя и углубляя свой продуктовый портфель. Ассортимент охватывает всё — от классических фуллереновых систем до передовых нефуллереновых акцепторов (NFA), высокоэффективных полимерных доноров и ключевых интермедиатов, полностью поддерживая потребности научно-исследовательских институтов и промышленных клиентов в повышении эффективности, стабильности и масштабируемости производства.
1. Стратегическое позиционирование: полное покрытие ключевых материалов цепочки создания ценности OPV
Продуктовая стратегия ChemWhat тесно согласуется с современными направлениями развития технологий органических солнечных элементов и формирует три ключевые матрицы материалов:
- Серия высокоэффективных полимерных доноров
- Включает эталонный в отрасли материал PM6, а также перспективные донорные малые молекулы, такие как PTQ10 (CAS: 2270233-86-6) и 2-PACz (CAS: 20999-38-6). Эти материалы характеризуются широкополосным поглощением, высокой подвижностью носителей заряда и отличными пленкообразующими свойствами, что делает их критически важными для достижения фотоэлектрической эффективности преобразования (PCE) свыше 18%.
- Особо следует отметить комбинацию PM6 с новым акцептором L8-BO (CAS: 2668341-40-8), которая позволила достичь 18,78% PCE в стандартной архитектуре устройства (ARC Glass/ITO/2-PACz/активный слой/PNDIT-F3N/Ag), при напряжении холостого хода (Voc) 0,885 В и коэффициенте заполнения (FF) до 82,15%. Система PTQ10 с новым акцептором PY-IT также демонстрирует выдающиеся фотоэлектрические характеристики.
- ChemWhat поставляет материалы ультравысокой чистоты — от 3N до 7N, строго контролируя содержание металлических примесей и вариации между партиями для обеспечения стабильности параметров устройств.
- Платформа нефуллереновых акцепторов (NFA)
- Охватывает современные ведущие молекулы: Y6 (CAS: 2304444-49-1), N3 (аналог PC61BM, CAS: 2640657-07-2), BTP-eC9 (CAS: 2598965-39-8), PY-IT, D18/D18-Cl (CAS: 2433725-54-1 / 2433725-53-0), L8-BO (CAS: 2668341-40-8).
- Среди них комбинация D18 и L8-BO демонстрирует особенно выдающиеся результаты — 20,24% PCE в той же стандартной архитектуре устройства, при Voc = 0,92 В, Jsc = 26,42 мА/см² и FF = 83,26%, что представляет собой текущий пик эффективности растворных OPV.
- В то же время классический производный фуллерена PC61BM (C60) продолжает играть незаменимую роль. Как признанный эталонный материал, он широко используется не только в органических солнечных элементах (OSC), но и в перовскитных солнечных элементах (PSC), где служит эффективным электрон-транспортным слоем (ETL) и отличным агентом пассивации границ зёрен. Для удовлетворения различных потребностей университетов, научно-исследовательских институтов и коммерческих производителей ChemWhat стандартизировала данный продукт в двух классах чистоты: 99,5% для рутинных исследований и 99,9% — для высокоточных устройств.
- Помимо стабильных поставок NFA-материалов, ChemWhat включает ключевые интермедиаты в стандартный каталог продукции, используя оптимизированные синтетические маршруты и помогая клиентам в самостоятельной разработке новых структур акцепторов.
- Интермедиаты высокой чистоты и функциональные добавки Для удовлетворения жёстких требований к структурной точности при синтезе OPV-материалов ChemWhat также усилила возможности поставок сложных строительных блоков, включая, но не ограничиваясь:
(1) Индандоновые ядра:
- 2-(5,6-Дифтор-3-оксо-2,3-дигидро-1H-инден-1-илиден)пропандионитрил (CAS: 2083617-82-5)
- 2-(5-Бром-3-оксо-2,3-дигидро-1H-инден-1-илиден)пропандионитрил (CAS: 2507484-47-1)
- 2-(5,6-Дихлор-3-оксо-2,3-дигидро-1H-инден-1-илиден)пропандионитрил (CAS: 2197167-50-1)
(2) Тиофеновые станнаны и альдегидные прекурсоры:
Tributyl(4-(2-butyloctyl)thiophen-2-yl)stannane,
5-(5-Bromo-6-hexylthieno[3,2-b]thiophen-2-yl)-4-hexylthiophene-2-carbaldehyde,
3-(2-Butyloctyl)thiophene (CAS: 1638802-04-6)
(3) Производные бензодитиофена (BDT):
BDT-(Th-F-EH)-dSn (CAS: 2239295-69-1),
(4,8-Бис(5-(2-гексилдецил)тиофен-2-ил)бензо[1,2-b:4,5-b’]дитиофен-2,6-диил)бис(триметилстаннан),
Бензо[2,1-b:3,4-b’]дитиофен-4,5-дион (CAS: 24243-32-1)
(4) Другие кастомизированные мономеры:
C11TT(N-OD)BT-CHO, C11TT(N-EH)BT (CAS: 2304444-52-6), C9TT(N-EH)BT, QX1-CHO, QX-1, Y5, ZR1, MPhS и др.
Эти длинноцепочечные, многофункционализированные соединения обладают высокой чистотой и крайне низким содержанием влаги и металлических ионов, что эффективно обеспечивает воспроизводимость партий конечных активных слоёв.
2. Решение ключевых задач: преодоление проблем высокой чистоты и воспроизводимости при масштабировании
Индустриализация органических фотоэлектрических материалов сталкивается с двумя основными узкими местами:сложные молекулярные структуры, приводящие к многостадийным синтезам и образованию побочных продуктов;ультратонкие активные слои (~100 нм), чрезвычайно чувствительные к чистоте материалов и однородности плёнок. Используя научно-исследовательскую платформу Watson, ChemWhat добилась существенных прорывов в следующих направлениях:
- Собственные процессы очистки: для чувствительных к окислению и температуре NFA-материалов разработаны методы низкотемпературной градиентной кристаллизации в сочетании с молекулярной дистилляцией. Это позволило повысить чистоту Y6, BTP-eC9, L8-BO и D18 до уровня >99,5% (HPLC), с контролем металлических примесей на уровне ppb, создавая основу для достижения PCE свыше 20%.
- Стабильные поставки в килограммных масштабах: от сотен граммов для НИОКР до тонн сырья для промышленности. Для часто используемых материалов, таких как PM6, PTQ10, D18 и L8-BO, созданы специализированные производственные линии, обеспечивающие стабильность партий и своевременные поставки по всему миру.
- Усиленная структурная характеризация и поддержка данными: каждая партия сопровождается полным набором спектральных данных, позволяя клиентам быстро устанавливать корреляции «структура–свойства–производительность».
3. Ориентация на будущее: совместное продвижение коммерциализации OPV
С появлением новых сценариев применения — интегрированные в здания фотоэлектрические системы (BIPV), носимая электроника и внутренние (indoor) фотоэлектрические источники — спрос на гибкие, полупрозрачные и эффективные при слабом освещении модули стремительно растёт. Продуктовый портфель ChemWhat полностью соответствует этой тенденции: высокоэффективные системы PM6:L8-BO (18,78% PCE), D18:L8-BO (20,24% PCE) и PTQ10:PY-IT широко используются в разработке гибких источников питания, а интерфейсные модификаторы, такие как 2-PACz, играют ключевую роль в повышении Voc и долговременной стабильности устройств.
В настоящее время высокочистые OPV-материалы ChemWhat уже используются в ведущих мировых научных центрах, включая Кембриджский университет, Гарвардский университет, Корнеллский университет, Университет Пенсильвании, Университет Торонто, Национальный университет Сингапура, Сеульский национальный университет, Ульсанский национальный институт науки и технологий (UNIST), ETH Zürich, Университетский колледж Лондона, а также Университет Мельбурна и Университет Монаша в Австралии. Их передовые исследования в области нефуллереновых акцепторов, интерфейсной инженерии и гибких устройств ускоряют переход от научных открытий к технологическим прототипам, опираясь на высокооднородные материалы ChemWhat.
С перспективой на 2025–2030 гг. ChemWhat продолжит инвестировать в:
- разработку новых донорно-акцепторных пар с эффективностью >19%;
- расширение безгалогеновых и совместимых с «зелёными» растворителями систем;
- сотрудничество с партнёрами по всей цепочке создания ценности для формирования инновационной экосистемы «материалы–устройства–приложения».
Благодаря глубокой интеграции научной строгости базы данных с инженерными возможностями производства материалов, ChemWhat становится надёжным ключевым поставщиком материалов в глобальной области органических фотоэлектрических технологий, привнося химический интеллект в гибкое будущее чистой энергетики.