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南昌大学谌烈团队Angew:新策略！铁电聚合物提高非富勒烯有机太阳能电池性能发表时间：2022-04-08 09:05作者：知研光电材料 导语：研究人员创新性地在非富勒烯有机太阳能电池中加入铁电聚合物，可以增强非电性场，最终改善器件性能，基于PM6:Y6的器件效率可达17.7%。南昌大学谌烈团队Angew:新策略！铁电聚合物提高非富勒烯有机太阳能电池性能 更多光电前沿资讯和材料，可关注微信公众号“有机光电前沿”与“知研光电材料”。文中所涉及众多材料知研均有销售，详情请联系客服。 文献直通车请点击左下方链接。如需文献PDF，可直接联系知研客服获取。 1.前言回顾 有机太阳能电池（OSCs）的高效率主要源于良好的光收集、有效的电荷分离、光载流子的传输和收集。基于有机半导体的活性层在吸收阳光后并不能直接产生电子和空穴，而是在库仑力（激子的束缚能）的约束下形成局部电子-空穴对（单重态激子（SE）），生成的局部激子随后移动到给体/受体界面，衰变为电荷转移激子（CTE），其被视为自由电荷载流子的前驱体。CTE分解成自由空穴和电子在很大程度上依赖于器件内建电场的驱动力。然而，在OSCs中，由于内建电场太小，无法提供足够的驱动力，使SE和CTE完全分裂，或使分离产生的自由电荷快速迁移，从而导致电荷捕获在陷阱中或积聚在界面上。这种电荷动力学通常会导致电荷或激子的非辐射复合，最终限制OSCs的光电转换效率（PCE）。因此，加强内建电场以促进激子分离和传输，并减少非辐射复合，对于改善OSCs的PCE具有重要意义。 铁电聚合物是一种具有铁电性的聚合物晶体材料。在光电器件中，铁电偶极子的自发极化可以很容易地通过外加电场进行切换，从而产生稳定可控的内建电场。目前，研究人员在钙钛矿型太阳能电池领域对铁电材料进行了一些成功的尝试，并且证明将铁电偶极子引入器件中可提高功率，以增强内建电场，从而抑制陷阱位置处的载流子复合。而在OSCs领域，尽管基于非富勒烯受体（NFAs）的OSCs取得了相当大的进展，但如何通过增强铁电聚合物辅助的内建电场，最终提高器件效率却很少受到关注。  2.文献简介 有鉴于此，近日，南昌大学谌烈教授研究团队创新性地报道了将铁电聚合物聚偏二氟乙烯（PVDF）作为添加剂引入基于NFAs的OSCs的活性层之中，从而增强内建电场。PVDF作为一种廉价、经典的铁电聚合物，具有柔性、铁电性、压电性和其它弯曲介电性能。研究人员发现，聚合物主链中交替的C-F和C-H键形成的强铁电偶极矩可以产生额外的永久电场，该电场可以通过极化方向和外部偏压时间进行微调，同时这种附加的永久电场可以极大地增强器件中的内建电场，能够有效地优化电荷动力学过程，例如显著加速电荷扩散和传输，促进空穴和电子分离，最终抑制激子和电荷的复合。  研究结果显示，在PM6:Y6活性层中加入PVDF时，器件的非辐射复合显著减少，同时掺杂PVDF的多氟结构还可以使活性层的表面取向增强，从而形成更有利的形貌，这主要得益于F...F或F...H之间的相互作用。由于PVDF的多重优势，在全面改进器件参数的情况下，基于PM6:Y6的器件PCE达到了创纪录的17.72%。并且，该种策略也同样适用于其它四种不同类型的活性层中，基于PM6:BTP-eC9器件的PCE显著提高，高达18.17%。  3.文献总结 综上，该工作表明，在非富勒烯OSCs中加入铁电聚合物是一种廉价、简便且通用的策略，可以增强非电性场，最终改善器件性能。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，题为“Ferroelectric Polymer Drives Performance Enhancement of Nonfullerene Organic Solar Cells”。 本文关键词：有机太阳能电池，内建电场，铁电聚合物，PVDF，电荷动力学。 4.材料推荐       |
