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武汉理工大学王涛课题组AM:非富勒烯受体纤维化实现19%效率赝本体异质结有机太阳能电池

发表时间:2022-12-15 10:28作者:知研光电材料来源:公众号【有机光电前沿】网址:https://mp.weixin.qq.com/s/BEi5jjIjrh88xtR6qEV48w

导语:在过去几年中,有机太阳能电池(OSCs)的性能得到了极大改善,单结器件的功率转换效率(PCE)超过19%。一般来说,OSCs的结构特点是电极和界面缓冲层夹在体异质结(BHJ)活性层之间,其中BHJ活性层构成给电子和接受电子材料的混合网络。


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王涛团队AEM:冷老化和溶剂蒸汽处理控制有机太阳能电池聚集体形态

王涛团队Small:新型固体添加剂用以提高有机太阳能电池的效率和稳定性

王涛团队AFM综述:非富勒烯受体及其光伏器件的稳定性

川大彭强&徐小鹏团队AM:逐层处理的有机太阳能电池具有19.10%的效率和80.5%的填充因子

王凯&胡汉林Small:端基优化的小分子给体用于制备高效三元有机太阳能电池


1.前言回顾


在过去几年中,有机太阳能电池(OSCs)的性能得到了极大改善,单结器件的功率转换效率(PCE)超过19%。一般来说,OSCs的结构特点是电极和界面缓冲层夹在体异质结(BHJ)活性层之间,其中BHJ活性层构成给电子和接受电子材料的混合网络。虽然这些形态特征可以为激子解离提供足够的给体/受体界面,但它们也会在活性层中带来过混合的给体/受体相,这可能会阻碍OSCs操作期间的电荷传输和收集,导致电荷复合,限制了器件性能的进一步提高。

不同于BHJ结构,赝本体异质结(P-BHJ)策略最近引起了极大的关注,该策略通过依次沉积电子给体和受体来形成活性层,该活性层由阳极附近的富给体相、阴极附近的富受体相和中间的给体/受体混合相组成。据报道,P-BHJ中的这些形态特征可以在活性层的垂直方向上实现优异的给体/受体组分分布,其中给体/受体混合相允许有效的激子解离,两侧的富给体和富受体相可以促进电荷向电极的运输和收集。此外,由于给体和受体的单独沉积,可以为每个组分单独选择处理溶剂,从而能够采用更绿色和无卤素的溶剂,以实现环境友好的器件制造工艺。


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图1.分子结构与共混物形貌表征


2.文献简介


通过物理或化学方法在OSCs中获得连续和精细的非富勒烯受体(NFAs)纤维网络,以及对形成机制的理解,对于克服电荷传输瓶颈以进一步增强基于NFAs的器件PCE具有重要意义。有鉴于此,近日,武汉理工大学王涛教授研究团队提出了一种方法,通过在高性能L8-BO分子之中添加1-氟萘(FN),形成精细纤维结构,从而显著改善器件PCE。与倾向于与NFAs的烷基链相互作用并通过烷基链排列驱动NFAs聚集的常规DIO添加剂(由烷基链组成)相比,研究人员发现FN由于其稠环结构的共轭性质而吸附在NFAs的主链上,这增强了NFAs的骨架堆积并导致L8-BO纤维的形成。


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图2.器件光伏性能与2D GIWAXS图


通过构建P-BHJ OSCs,在活性层的顶部形成由纳米级L8-BO纤维层,从而实现优异的电子传输和收集。因此,研究人员使用非卤化溶剂甲苯(Tol)和FN制备的性能最佳的D18:L8-BO P-BHJ二元OSCs获得了19.0%的最大PCE,优于仅使用卤化溶剂氯仿(CF)制备的器件PCE约为16%。


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3.光诱导力显微图与共混物形貌模拟


3.文献总结


综上,该这项工作展示了一种使NFAs纤维化以提高OSCs性能的策略。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》上,题为“Fibrillization of Non-Fullerene Acceptors Enables 19% Efficiency Pseudo-Bulk Heterojunction Organic Solar Cells”。


本文关键词:有机太阳能电池,溶剂添加剂,赝本体异质结,形貌优化。


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