【引言】

最近幾年，三元策略已被證明是一個(gè)有效的策略去提升有機(jī)太陽能電池的性能。目前，第三組分普遍的選擇準(zhǔn)則是與二元主體系有著互補(bǔ)的吸收光譜，以促進(jìn)三元活性層對光子的捕獲。我們提出了一個(gè)新的策略去選擇第三組分制備高效率三元非富勒烯太陽能電池：基于兩個(gè)二元子電池具有互補(bǔ)的光電參數(shù)。

【成果簡介】

近日，北京交通大學(xué)張福俊課題組報(bào)道了一種新的策略去制備三元非富勒烯太陽能電池。在這個(gè)工作中，非富勒烯電池被制備使用聚合物J71為給體材料，兩個(gè)帶隙幾乎相同的小分子IT-M、ITIC 為受體材料。盡管兩個(gè)受體材料有著幾乎相同的帶隙，但所制備的兩個(gè)二元電池的光電參數(shù)有著較大差別。三元電池良好的繼承了兩個(gè)二元子電池的優(yōu)點(diǎn)，PCE由10.68%提升至11.60%。相關(guān)內(nèi)容以題為“Ternary Non-fullerene PSCs with PCE of 11.6% by Inheriting the Advantages of Binary Cells”發(fā)表在了ACS Energy Letters上。本文的第一作者為碩士生胡拯豪。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1. TOC圖

圖2. 非富勒烯有機(jī)太陽能電池器件結(jié)構(gòu)和材料特性

(a) 器件結(jié)構(gòu);

(b) 材料的分子式;

(c) J71、IT-M和 ITIC 薄膜的標(biāo)準(zhǔn)化紫外-可見吸收光譜圖;

(d) 材料的能級。

圖3. 最優(yōu)二元和三元有機(jī)太陽能電池器件光電性質(zhì)表征

(a)100 mW cm-2 光照下最優(yōu)二元和三元有機(jī)太陽能電池器件的電流強(qiáng)度-電壓曲線;

(b)最優(yōu)二元和三元有機(jī)太陽能電池器件的外量子效率;

(c)不同ITIC含量器件薄膜的吸收光譜圖(插圖為IT-M，ITIC薄膜的吸收系數(shù));

(d)最優(yōu)二元和三元有機(jī)太陽能電池器件的光電流密度-有效電壓曲線。

圖4. 最優(yōu)二元和三元有機(jī)太陽能電池器件薄膜的光電性能

(a)不同光照強(qiáng)度下最優(yōu)二元和三元有機(jī)太陽能電池器件的短路電流強(qiáng)度結(jié)果及短路電流強(qiáng)度-光照強(qiáng)度線性擬合結(jié)果;

(b)不同光照強(qiáng)度下最優(yōu)二元和三元有機(jī)太陽能電池器件的開路電壓結(jié)果及開路電壓-光照強(qiáng)度線性擬合結(jié)果;

(c)最優(yōu)二元和三元器件的空穴遷移率;

(d)最優(yōu)二元和三元器件的電子遷移率。

【總結(jié)】

該策略以兩個(gè)二元子電池具有互補(bǔ)的光電參數(shù)為選擇準(zhǔn)則，所制備的三元電池繼承了兩個(gè)二元子電池的優(yōu)點(diǎn)，其PCE提升近1個(gè)百分點(diǎn)。該策略的提出打破了傳統(tǒng)三元電池第三組分的選擇以吸收光譜互補(bǔ)為首要準(zhǔn)則的思想，有利于三元電池的進(jìn)一步發(fā)展。