Adv. Mater.：改善相區尺寸和純度實現高效全分子三元太陽能電池

【背景介紹】

有機太陽能電池（OSCs）由于作為能量轉換裝置由于成本較低而日益受到關注。近來，隨著光伏材料設計和器件優化的進步，OSCs性能迅速提高，使得功率轉換效率（PCE）突破達到12％以上。然而，由于其寬的光學帶隙，OSCs器件不能利用大部分入射光子，這阻礙了PCE的進一步增強。

【成果簡介】

近日，中國科學院化學研究所侯劍輝研究員、何暢副研究員、西安交通大學馬偉教授（共同通訊）等人通過將苯基-C71-丁酸-甲酯（PC₇₁BM）并入非富勒烯二元體系中，實現了功率轉換效率為10.48％的全分子三元太陽能電池。發現添加PC₇₁BM后通過提高相區純度和減小相區大小來調節膜形態。這種調節有助于電荷產生并抑制電荷復合，顯著增強了短路電流密度和填充因子。相關成果以題為“Improved Domain Size and Purity Enables Efficient All-Small-Molecule Ternary Solar Cells”發表在Advanced Materials上。

【圖文導讀】

圖1 分子結構、吸收光譜和分子能級圖

a）供體和受體的分子結構

b）供體，受體和三元混合膜的吸收光譜

c）供體和受體的分子能級圖

圖2 J-V、EQE曲線

a，b）具有各種PC₇₁BM含量OSCs裝置的J-V（a）和EQE（b）曲線

c，d）裝置的J_SC（c）和FF（d）與受體PC₇₁BM含量的重量比

圖3 TEM圖像、GIWAXS 2D圖案

a-c）基于富勒烯的二元混合膜（a），基于NFA的二元混合膜（b）和具有SVA處理的三元混合膜（c）的TEM圖像

d-f）基于PC 71 BM的二元混合膜（d），基于NFA的二元混合膜（e）和具有SVA處理的三元混合膜（f）的GIWAXS 2D圖案

g）二元混合膜和三元共混膜的線輪廓

圖4 兩個二元膜和三元膜的RSoXS剖面

基于NFA的二元混合物具有81.4nm的相區尺寸顯示出的獨特相分離

【小結】

本研究制造了由兩個受體（IDIC和PC₇₁BM）和供體（DRTB-T）組成的全分子三元OSCs裝置。適當的選擇了多重組分覆蓋更寬的吸收光譜并形成級聯的能級對準。這些結果將相區特征與器件性能相關聯，并從構造有效三元器件的形態調節的角度提供新的見解。

文獻鏈接：Improved Domain Size and Purity Enables Efficient All-Small-Molecule Ternary Solar Cells（Adv. Mater.,2017,DOI:1002/adma.201703777）

本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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