【重點(diǎn)摘要】
香港理工大學(xué)Gang Li與美國(guó)UCLA 楊陽(yáng)團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種非單調(diào)中間態(tài)操控策略來(lái)同時(shí)優(yōu)化非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池的晶化動(dòng)力學(xué)和能量損失。
這種策略通過(guò)使用1,3,5-三氯苯作為晶化調(diào)節(jié)劑,可以誘導(dǎo)活性層的形態(tài)學(xué)首先增強(qiáng)后再緩和的非單調(diào)中間態(tài)過(guò)渡。
在PM6:BTP-eC9 有機(jī)太陽(yáng)能電池中,該策略實(shí)現(xiàn)了19.31%的效率;在PM1:BTP-eC9有機(jī)太陽(yáng)能電池中,非輻射重組合能量損失降低至0.168eV(19.10%效率),為未來(lái)有機(jī)太陽(yáng)能電池研究提供了巨大的潛力。
【研究背景】
非富勒烯受體有機(jī)太陽(yáng)能電池代表了該領(lǐng)域的前沿,得益于材料和形態(tài)學(xué)調(diào)控的創(chuàng)新。非輻射重組損失的抑制和性能提升是有機(jī)太陽(yáng)能電池研究的核心。過(guò)去常規(guī)的溶劑添加劑如1,8-二碘辛烷雖可提高非富勒烯受體的結(jié)晶性,但也會(huì)導(dǎo)致受體過(guò)度聚集,增加非輻射重組損失。開(kāi)發(fā)新的形態(tài)調(diào)控技術(shù)同時(shí)優(yōu)化D:A的自組裝和降低非輻射重組已成為當(dāng)務(wù)之急。本文利用1,3,5-三氯苯作為晶化調(diào)節(jié)劑,通過(guò)調(diào)控薄膜形成過(guò)程實(shí)現(xiàn)先聚集后緩解的非單調(diào)中間態(tài)轉(zhuǎn)變,以同時(shí)實(shí)現(xiàn)有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率提升和非輻射重組損失的降低。
【研究成果】
本文研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種非單調(diào)中間態(tài)操控策略,通過(guò)在PM6:BTP-eC9富勒烯太陽(yáng)能電池中應(yīng)用該策略,實(shí)現(xiàn)了19.31%的效率(18.93%認(rèn)證),創(chuàng)下了二元有機(jī)太陽(yáng)能電池的最高紀(jì)錄。同時(shí),PM6:BTP-eC9系統(tǒng)的非輻射重組合能量損失很低,只有0.190 eV。在PM1:BTP-eC9有機(jī)太陽(yáng)能電池中,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了19.10%的效率和0.168 eV的非輻射重組合損失。此外,該策略展示了良好的通用性,在多個(gè)有機(jī)太陽(yáng)能電池系統(tǒng)中都取得了優(yōu)于常規(guī)1,8-二碘辛烷處理的效果。該策略不僅提高了效率,也改善了光穩(wěn)定性。本研究為降低有機(jī)太陽(yáng)能電池的非輻射重組損失、釋放新興非富勒烯材料的潛力提供了新途徑。
【研究方法】
利用差示掃描量熱法、熱重分析、原位GIWAXS等手段研究了三氯苯與活性材料的交互作用。
測(cè)試了三氯苯處理對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的影響。
利用空間電荷限制電流法、暫態(tài)光壓法等手段研究了三氯苯處理后的電荷傳輸和重組動(dòng)力學(xué)。
通過(guò)原位UV-Vis反射光譜和GIWAXS等手段研究了三氯苯誘導(dǎo)的非單調(diào)中間態(tài)轉(zhuǎn)變。
計(jì)算并分析了三氯苯處理前后的有機(jī)太陽(yáng)能電池各項(xiàng)損失。
在多個(gè)有機(jī)太陽(yáng)能電池系統(tǒng)中驗(yàn)證了該方法的通用性。
測(cè)試了三氯苯處理對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池光穩(wěn)定性的影響
【結(jié)論】
研究中使用了一種新策略,使用1,3,5-三氯苯來(lái)優(yōu)化有機(jī)太陽(yáng)能電池。這策略改善了薄膜結(jié)晶過(guò)程,控制了分子聚集,成功提高了有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率,也減少了非輻射復(fù)合損失,為未來(lái)的研究提供了潛力。