通过延长光生激子寿命提高有机太阳能电池性能
2020-11-20

有机太阳能电池(OSCs)以其成本低、重量轻、可卷曲、可大面积制造等优点受到越来越多的关注。近年来,由于人们对材料设计和器件优化所做的努力,单质结OSCs的效率不断提高。OSCs中的光伏材料(有机半导体)必须首先吸收尽可能多的光子才能产生激子。其次,光生激子必须扩散到和受体的界面上。

  最后,收集电极必须有效地提取光生自由电荷载流子才能获得高效率。激子迁移在OSCs的光电转换效率中起着关键性的作用。这其中,激子寿命(τ)对有机太阳电池(OSCs)中激子向给体/受体主界面的迁移至关重要,而目前对于τ的延长相关报道相对较少。

  

  近日,北京师范大学薄志山教授团队与中科院物理所李运良研究员团队合作首次报道利用非挥发性固体添加剂来延长非富勒烯OSCs中光生激子的寿命。该研究中通过将固体添加剂9-芴酮-1-羧酸(FCA)引入新型活性层中,该活性层包括一个非富勒烯受体(IT-M),实验结果显示τ从491ps延长到928ps,同时荧光强度和量子产率也明显增加。

  

  此外,时间分辨瞬态红外光谱表明IT-M的电子激发态和FCA的电子基态之间存在分子间振动耦合,可以抑制内转换过程,而这一结果也是首次被发现!在添加FCA后,基于IT-M的OSC显示出更加优异的短路电流和填充系数,光电转换效率也因此相应提高,特别是对于给体/受体比为1:4的器件,其效率更是提高了56%。

  综上所述,该研究提出了一种新的,用于提升OSCs性能的方法,并不影响其形态和光吸收特性。该方法也同样适用于其它非富勒烯受体,具有良好的应用前景。

  相关论文成果现已发表在Wiley旗下的《Advanced Materials》上 。

  DOI:

  https://doi.org/10.1002/adma.202003164

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