赵海斌&马万里等人AFM:有机太阳能电池体系共混物光动力学的研究和比较

发表时间：2021-06-22 17:30作者：知研光电材料

导语：通过系统比较了两种本体异质结的有机太阳能电池的电荷分离过程中微观动力学差异，基于PM6:Y6器件的光电转换效率（PCE）高达15.21%。

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1.前言

基于小分子受体（SMAs）的非富勒烯型有机太阳能电池（OSCs）近年来取得了迅速发展，相应成果令人瞩目，其光电转换效率（PCE）现已突破18%。这其中，主要是因为SMAs具有明确的分子结构，可以进行修饰以多种方式促进堆叠模式的可调性，同时增强分子间的相互作用。此外，SMAs具有易于调节的分子能级和化学稳定性，可以提高器件的光吸收和光电流，延长工作寿命。对于基于SMAs的OSCs，目前的研究主要集中在给受体材料的结构修饰、分子堆积模式、共混膜结晶度或迁移率等对器件性能的影响。

2.简介

考虑到上述因素，近日，复旦大学赵海斌教授，苏州大学马万里教授、袁建宇副研究员，以及南京理工大学盛传祥教授研究团队共同合作采用两种最具代表性的高性能窄带隙受体ITIC和Y6，分别与高性能宽带隙给体材料PM6相匹配，并进一步优化器件从而系统地比较了两种本体异质结的OSCs的电荷分离过程中微观动力学差异。研究人员测量了两组器件的共混膜形貌和电荷传输性能，以了解影响器件性能的因素。事实上，基于PM6:ITIC的优化器件在0.91 V的高开路电压（VOC）下实现了9.02%的PCE，而基于PM6:Y6的器件的PCE则高达15.21%，短电流密度（JSC）为23.05 mA cm-2。

研究发现，具有中心对称结构的ITIC的分子偶极矩非常小，约为0.01-0.1德拜，而轴对称分子Y6的偶极矩则更大，为0.8653德拜，从而有助于促进共混物中的电荷分离。为了分析PM6:Y6和PM6:ITIC共混物的实际电荷产生效率以及电荷转移和复合动力学方面的差异，研究人员测量了共混物的瞬态吸收光谱。两种共混物在400 nm泵浦下都获得了较高的电荷转移效率，主要依赖于给体材料。但在800 nm泵浦下，PM6:Y6共混物的空穴传输效率特别高，达到71.4%，而PM6:ITIC共混物的空穴传输效率则较低，仅为13.1%。此外，Y6的平均激子寿命比ITIC的要长，而更长的激子寿命可以减少电荷解离前的不良复合，并有助于实现更高的光伏效率。

3.总结

综上，该工作不仅系统地研究和比较了不同OSCs器件的光动力学差异，也为器件优化提供了有力的指导，从而有利于获取更高的性能。相关研究成果现已发表在国际材料与器件领域著名学术期刊《Advanced Functional Materials》上，题为“Efficient Hole Transfer via Delocalized Excited State in Small Molecular Acceptor: A Comparative Study on Photodynamics of PM6:Y6 and PM6:ITIC Organic Photovoltaic Blends”。

本文关键词：有机太阳能电池，电荷传输，光动力学，瞬态吸收，PM6，Y6，ITIC。

4.文中所涉及相关材料