北師大薄志山AM:通過延長光生激子壽命提高有機太陽能電池性能

2020-11-25 知研光電材料

有機太陽能電池(OSCs)以其成本低、重量輕、可捲曲、可大面積製造等優點受到越來越多的關注。近年來，由於人們對材料設計和器件優化所做的努力，單質結OSCs的效率不斷提高。OSCs中的光伏材料(有機半導體)必須首先吸收儘可能多的光子才能產生激子。其次，光生激子必須擴散到和受體的界面上。

最後，收集電極必須有效地提取光生自由電荷載流子才能獲得高效率。激子遷移在OSCs的光電轉換效率中起著關鍵性的作用。這其中，激子壽命（τ）對有機太陽電池（OSCs）中激子向給體/受體主界面的遷移至關重要，而目前對於τ的延長相關報導相對較少。

近日，北京師範大學薄志山教授團隊與中科院物理所李運良研究員團隊合作首次報導利用非揮發性固體添加劑來延長非富勒烯OSCs中光生激子的壽命。該研究中通過將固體添加劑9-芴酮-1-羧酸（FCA）引入新型活性層中，該活性層包括一個非富勒烯受體（IT-M），實驗結果顯示τ從491ps延長到928ps，同時螢光強度和量子產率也明顯增加。

此外，時間分辨瞬態紅外光譜表明IT-M的電子激發態和FCA的電子基態之間存在分子間振動耦合，可以抑制內轉換過程，而這一結果也是首次被發現！在添加FCA後，基於IT-M的OSC顯示出更加優異的短路電流和填充係數，光電轉換效率也因此相應提高，特別是對於給體/受體比為1:4的器件，其效率更是提高了56%。

綜上所述，該研究提出了一種新的，用於提升OSCs性能的方法，並不影響其形態和光吸收特性。該方法也同樣適用於其它非富勒烯受體，具有良好的應用前景。

相關論文成果現已發表在Wiley旗下的《Advanced Materials》上 。

DOI：

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

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