Adv. Mater.：改善相区尺寸和纯度实现高效全分子三元太阳能电池

【背景介绍】

有机太阳能电池（OSCs）由于作为能量转换装置由于成本较低而日益受到关注。近来，随着光伏材料设计和器件优化的进步，OSCs性能迅速提高，使得功率转换效率（PCE）突破达到12％以上。然而，由于其宽的光学带隙，OSCs器件不能利用大部分入射光子，这阻碍了PCE的进一步增强。

【成果简介】

近日，中国科学院化学研究所侯剑辉研究员、何畅副研究员、西安交通大学马伟教授（共同通讯）等人通过将苯基-C71-丁酸-甲酯（PC₇₁BM）并入非富勒烯二元体系中，实现了功率转换效率为10.48％的全分子三元太阳能电池。发现添加PC₇₁BM后通过提高相区纯度和减小相区大小来调节膜形态。这种调节有助于电荷产生并抑制电荷复合，显着增强了短路电流密度和填充因子。相关成果以题为“Improved Domain Size and Purity Enables Efficient All-Small-Molecule Ternary Solar Cells”发表在Advanced Materials上。

【图文导读】

图1 分子结构、吸收光谱和分子能级图

a）供体和受体的分子结构

b）供体，受体和三元混合膜的吸收光谱

c）供体和受体的分子能级图

图2 J-V、EQE曲线

a，b）具有各种PC₇₁BM含量OSCs装置的J-V（a）和EQE（b）曲线

c，d）装置的J_SC（c）和FF（d）与受体PC₇₁BM含量的重量比

图3 TEM图像、GIWAXS 2D图案

a-c）基于富勒烯的二元混合膜（a），基于NFA的二元混合膜（b）和具有SVA处理的三元混合膜（c）的TEM图像

d-f）基于PC 71 BM的二元混合膜（d），基于NFA的二元混合膜（e）和具有SVA处理的三元混合膜（f）的GIWAXS 2D图案

g）二元混合膜和三元共混膜的线轮廓

图4 两个二元膜和三元膜的RSoXS剖面

基于NFA的二元混合物具有81.4nm的相区尺寸显示出的独特相分离

【小结】

本研究制造了由两个受体（IDIC和PC₇₁BM）和供体（DRTB-T）组成的全分子三元OSCs装置。适当的选择了多重组分覆盖更宽的吸收光谱并形成级联的能级对准。这些结果将相区特征与器件性能相关联，并从构造有效三元器件的形态调节的角度提供新的见解。

文献链接：Improved Domain Size and Purity Enables Efficient All-Small-Molecule Ternary Solar Cells（Adv. Mater.,2017,DOI:1002/adma.201703777）

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