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科研动态|我院科研人员阐明异质结分子掺杂有机太阳能电池工作机理
2019-05-24 17:40:08

有机太阳能电池的光生电荷过程包括四个基本步骤:光子吸收,激子解离,电荷传输和电荷收集。目前,对于该光电转换过程,仍然没有有效和直接的电性能优化。受到无机半导体材料和器件中电子掺杂策略的成功应用的启发,我们希望将掺杂应用于有机太阳能电池,以进一步提高器件的光电转换效率。作为第三组分,本体异质结中的分子掺杂剂将直接影响掺杂效应并决定器件性能;不匹配的掺杂剂分布将导致掺杂的“零效应”。而且“负面影响”。然而,目前的研究并未阐明体分子异质结中分子掺杂剂的最佳分布,这使得分子掺杂有机光伏器件的性能优化缺乏控制目标和实施方法。

为了解决这一关键科学问题,申博体育网站金属材料强度国家重点实验室有机光电材料和界面研究小组设计并制作了平面异质结模型器件;从而精确控制电子中的掺杂剂。体,电子受体和异质结的分布。利用先前工作中提出的路易斯酸小分子(Advanced Energy Materials 2018,8,1703672)作为P型掺杂剂,研究人员发现掺杂剂在供体 - 受体异质结上的分布是为了实现外量子效率该设备。改善的关键。在超快光谱,瞬态光电压和光电子能谱的帮助下,研究人员进一步发现异质结掺杂促进了激子分离,延长了载流子寿命并减少了载流子传输的重组。研究人员利用顺序涂层三层成膜方法,进一步实现了本体异质结中掺杂剂的分布调节;在高效非富勒烯有机光伏系统中成功改善了短路电流。该工作创新性地提出了分子掺杂有机光伏器件中的有源层优化模型,揭示了其中掺杂剂的机理,提出了一种可控的高效掺杂器件制备工艺。

上述研究结果发表在美国化学学会能源通讯中,标题为《异质结分子掺杂高效激子解离及长载流子寿命提升聚合物太阳能电池量子效率

》(通过分子掺杂在异质结处提高聚合物太阳能电池的量子效率和高效激子分裂和长载流子寿命)。 IF=12.28)。申博体育平台杰出研究员严浩是本文的第一作者。严艳杰出研究员和马伟教授是本文的合着者。申博体育网站金属材料强度国家重点实验室是本文唯一的通信单元。

这项工作得到了国家自然科学基金,陕西省自然科学基金和申博体育网站青年人才计划的支持。本文的关键数据来自中国科学院国家纳米科学中心,陕西师范大学,中国科学院化学研究所和西安。交通大学分析测试分享中心帮助。

链接到文章:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsenergylett.9b00843

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