Advanced Materials：國內四校聯手-使用合金受主 OSCs最佳效率達10.5%

【引語】取之不盡、用之不竭且環保的太陽能是一種重要的可再生清潔能源。近年來，有機太陽能電池（OSCs）因為其成本低、輕質靈活、半透明、制備工藝簡單并可大面積運用的優點已經引起了廣泛關注。近日，中國科學院大學等4校聯合在Advanced Materials上發布了一篇文章，題為“Alloy Acceptor: Superior Alternative to PCBM toward Efficient and Stable Organic Solar Cells”。論文通訊作者為北京大學的Xiaowei Zhan教授。

此次研究的最大亮點在于：該研究小組通過將合金受主ICBA/PC₇₁BM運用在 5種不同的有機太陽能電池（OSCs）上。證明了PC₇₁BM的存在可以提升有機電池的光電轉化效率到原本的12%~14%，最佳效率可達10.5%。

成果簡介：

北京大學Xiaowei Zhan小組先前發現：兩種類似結構但具有不同最低未占據分子軌道的受體可以結合成所謂的“合金受主（alloy acceptor）”，它具有這兩種受主的優點且可以提升有機電池的光電轉化效率。此次，他們將合金受主ICBA/PC₇₁BM運用在 5種不同的有機太陽能電池上。證明了PC₇₁BM的存在可以將有機電池的光電轉化效率在原有的基礎上提升12%~14%，最佳效率可達10.5%。同時，這5種電池相比PC₇₁BM基的OSCs表現出更佳的穩定性。該研究結果，證明了合金受主是一種高效和穩定的有機太陽能電池材料。

圖文導讀：

圖1：分子結構示意圖

PTB7, PTB7-th, PBDTTT-C-T, PDBT-T1, PThBDTP, 以及合金受主(ICBA/PC71BM)的分子結構.

圖2：PTB7-th/PC₇₁BM-based OSCs 和PTB7-th/alloy acceptor-based OSCs的光伏性能及穩定性測試

（a）分別為在照度為AM 1.5G ，100 mW cm?2 的條件下，具有ITO/PEDOT:PSS/PTB7-th:PC71BM和PTB7-th:alloy acceptor/Ca/Al（在130℃加熱120min前后）的電池的電流-電壓（J-V）曲線。
（b）分別為在照度為AM 1.5G ，100 mW cm?2 的條件下，具有ITO/PEDOT:PSS/PTB7-th:PC71BM和PTB7-th:alloy acceptor/Ca/Al（在130℃加熱120min前后）的電池的外部量子效率的光譜。
（c） 分別為具有PTB7-th/PC71BM和PTB7-th/alloy acceptor的電池在130℃連續加熱120min的穩定性曲線圖

圖3：光致發光譜與時間瞬態光致發光譜

分別為PTB7-th, PTB7-th/PC71BM和PTB7-th/alloy acceptor薄膜的光致發光譜（PL）與時間瞬態光致發光譜（TRTPL）

圖4：對PTB7-th/PC71BM 和PTB7-th/alloy acceptor薄膜材料表征

（a，b）分別為PTB7-th/PC71BM 和PTB7-th/alloy acceptor薄膜的能量過濾透射電鏡圖，圖片的比例尺為100 nm。
（c）PTB7-th/PC71BM和PTB7-th/alloy acceptor薄膜截面的共振軟X射線衍射圖（R-SoXS）。
（d）PTB7-th/PC71BM和PTB7-th/alloy acceptor薄膜表層的X射線光電子能譜圖（XPS）。

圖5：光學顯微圖像

（a，b）PTB7-th/PC71BM薄膜在130℃加熱120min前后的光學顯微鏡圖像。
（c，d）PTB7-th/alloy acceptor薄膜在130℃加熱120min前后的光學顯微鏡圖像。

所有圖像的掃描大小都為100 μm × 100 μm

圖6：微束掠入射廣角散射圖（GIWAXS）

說明：GIWAXS主要是測量薄膜表面上和薄膜內部納米顆粒（結構）信息，比如內部顆粒尺寸、形狀、間距和分布等信息，其原理類似于小角X射線散射。

（a）PTB7-th/PC71BM薄膜和PTB7-th/alloy acceptor薄膜在130℃加熱120min前后的2D-GIWAXS圖像。
（b）PTB7-th/PC71BM薄膜和PTB7-th/alloy acceptor薄膜在130℃加熱120min前后的面外和面內微束掠入射廣角散射圖（GIWAXS）。

文獻鏈接：Alloy Acceptor: Superior Alternative to PCBM toward?Efficient and Stable Organic Solar Cells