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孙艳明&张春峰&鲁广昊Nat. Commun.:高效厚膜有机太阳能电池发表时间：2022-05-06 10:49作者：知研光电材料 导语：研究人员通过使用给体PM6、受体BTP-eC9和L8-BO-F组合来制备高效厚膜OSCs。基于PM6:BTP-eC9:L8-BO-F器件活性层厚度为300 nm时PCE为17.31%，而当活性层厚度达到500 nm，器件效率为15.21%。孙艳明&张春峰&鲁广昊Nat. Commun.:高效厚膜有机太阳能电池 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。 1.前言回顾 有机太阳能电池（OSCs）凭借其在溶液可加工性、成本效益和机械灵活性等方面的强大优势成为新兴研究领域的焦点。在过去几年中，稠环非富勒烯受体（NFA）的快速发展促进OSCs光电转换效率（PCE）的不断提高，目前已经超过18%。然而，最先进的高效率OSCs通常是在活性层厚度约为100 nm的情况下实现的，这并不适用于大规模商业化，因为在工业高通量生产时，很难生产出均匀且无缺陷的薄膜。为了满足大规模制造的要求，采用几百纳米以上的厚活性层可以大大扩展印刷工艺窗口。然而，增加活性层厚度通常会导致PCE的降低。因此，如何制备高效厚膜OSCs仍然是一项关键性的挑战。 目前，大多数OSCs采用体异质结（BHJ）结构，其中给体（D）和受体(A）混合形成双连续互穿网状结构。在活性层吸收入射光后，产生紧密结合的电子-空穴对（称为激子），激子需要移动到D/A界面，以分解成电荷载体。因此，激子扩散长度（LD）是OSCs中的一个关键参数，因为它决定了到达D/A界面的激子数量。然而，在BHJ OSCs中，LD（通常在10 nm左右）和相分离尺度之间存在严重的不匹配。因此，非常需要放大的LD，尤其是对于厚膜OSCs，它允许大量激子穿过更长的距离扩散到D/A界面，从而产生更高的光电流。另一方面，电荷复合是限制厚膜器件PCE的另一个主要因素。在厚膜器件中，较低且不平衡的电荷传输、较高的陷阱态密度和空间电荷积累都会导致严重的电荷复合。为了解决这个问题，最有效的策略是优化厚活性层的形貌，明确的垂直相分离可以增强D/A界面面积，促进电荷传输，抑制电荷复合。
图1.分子结构、光伏性能和迁移率 2.文献简介 有鉴于此，近日，北京航空航天大学孙艳明教授、南京大学张春峰教授、西安交通大学鲁广昊教授等人团队展开合作，通过使用给体PM6、受体BTP-eC9和L8-BO-F组合来制备高效厚膜OSCs。BTP-eC9和L8-BO-F两个受体不仅具有互补吸收，并且在混合相中表现出较大的激子扩散长度，随着活性层厚度的增加，这有利于激子的产生和解离。同时，二者之间的有效能量转移以及它们混合物中结晶度的增加有助于增强激子扩散。因此，所制备的基于PM6:BTP-eC9:L8-BO-F的厚膜器件PCE明显高于基于PM6:BTP-eC9二元器件。研究人员随即采用逐层（LBL）处理策略进一步优化PM6:BTP-eC9:L8-BO-F薄膜的垂直相分离。当活性层厚度为300 nm时，器件的短路电流密度（JSC）为28.36 mAcm-2，开路电压（VOC）为0.836 V、 填充因子（FF）高达73.0%，最终PCE为17.31%（认证值为16.9%）。而当活性层厚度达到500 nm，器件效率为15.21%。
图2.薄膜深度相关的相分离和激子产生轮廓 进一步的系统研究表明，经由LBL处理的厚膜OSCs具有长寿命载流子、有效电荷传输、抑制电荷复合和梯度垂直相分离，因而最终可以获得更好的光伏性能。根据这一策略，研究人员同样选择了另外两种不同的受体来制备厚膜OSCs，其在混合膜中具有改进的激子扩散长度。结果显示，基于PM6:Y6:Y6-F的300 nm厚器件也可以获得15.42%的PCE，说明了该方法的普遍适用性。
图3.电荷复合动力学 3.文献总结 综上，该工作强调了激子扩散长度和梯度垂直相分离在实现具有更好光伏性能的厚膜OSCs中的重要作用，有利于OSCs的进一步实际应用。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Nature Communications》上，题为“Vertically optimized phase separation with improved exciton diffusion enables efficient organic solar cells with thick active layers”。 本文关键词：有机太阳能电池，厚膜器件，激子解离，垂直相分离。 4.材料推荐
PM6：1802013-83-7
BTP-eC9：2598965-39-8
Y6：2304444-49-1
L8-BO-F |
