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北京大學(xué)課題組在有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展 有機(jī)太陽能電池作為一種非常有前景的環(huán)境友好型發(fā)電器件，具有柔性、質(zhì)量輕和半透明等優(yōu)點(diǎn)。近年來，以ITIC和Y6為代表的稠環(huán)電子受體促進(jìn)了該領(lǐng)域的變革性發(fā)展。為了在有機(jī)太陽能電池中實(shí)現(xiàn)高效率，光活性層應(yīng)吸收足夠的光子以產(chǎn)生激子，而且這些激子必須快速擴(kuò)散到給體和受體的界面，并有效地解離成自由載流子。所以，高效的激子擴(kuò)散和電荷輸運(yùn)對(duì)提高有機(jī)太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率起著至關(guān)重要的作用。基于Förster能量轉(zhuǎn)移理論，激子擴(kuò)散長度和光致發(fā)光量子產(chǎn)率呈正相關(guān)關(guān)系，因此，可以通過提高光致發(fā)光量子產(chǎn)率來增加激子擴(kuò)散長度。稠環(huán)電子受體表現(xiàn)出優(yōu)異的激子擴(kuò)散行為，其激子擴(kuò)散系數(shù)比富勒烯受體高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，聚合物給體的激子擴(kuò)散長度通常低于稠環(huán)電子受體。因此，增加聚合物給體的激子擴(kuò)散長度有助于進(jìn)一步提高器件效率。 作者利用強(qiáng)熒光含硼有機(jī)半導(dǎo)體BBS作為固體添加劑，同時(shí)增強(qiáng)了PM6:Y6基有機(jī)太陽能電池中的激子擴(kuò)散和電荷輸運(yùn)。BBS使熒光位點(diǎn)從更多的H型聚集轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗟腏型聚集，有利于聚合物給體PM6激子擴(kuò)散的共振能量轉(zhuǎn)移和PM6向Y6的能量轉(zhuǎn)移。瞬態(tài)光柵超快光致發(fā)光光譜測(cè)量結(jié)果表明，BBS的加入提高了PM6:Y6:BBS薄膜中PM6的激子擴(kuò)散系數(shù)和PM6激子的解離。瞬態(tài)吸收光譜測(cè)量證實(shí)了PM6:Y6:BBS中電荷產(chǎn)生更快。此外，BBS有助于改善Y6結(jié)晶性，電流傳感原子力顯微鏡表征表明了PM6:Y6:BBS中載流子擴(kuò)散長度的增加。基于PM6:Y6:BBS的器件由于激子擴(kuò)散、激子解離、電荷產(chǎn)生和電荷輸運(yùn)的增強(qiáng)，以及電荷復(fù)合和能量損失的減少，開路電壓、短路電流密度和填充因子同時(shí)獲得提高，能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)17.6%，高于未使用BBS的對(duì)比器件（16.2%）。這項(xiàng)工作有助于進(jìn)一步理解非富勒烯有機(jī)太陽能電池中的激子和電荷行為，為研制高性能有機(jī)太陽能電池提供了新思路。  太陽能電池J-V特性曲線和BBS結(jié)構(gòu)式 占肖衛(wèi)課題組博士生陸恒是論文的第一作者，占肖衛(wèi)是通訊作者。合作者還包括中國科學(xué)院物理所孟慶波課題組、東華大學(xué)唐正課題組、西安交通大學(xué)馬偉課題組、北京理工大學(xué)宋寅課題組、新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)Justin M. Hodgkiss課題組和美國雪城大學(xué)Quinn Qiao課題組。 該工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)等的資助。 相關(guān)鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205926?af="R 關(guān)鍵詞： 太陽能電池有機(jī)半導(dǎo)體
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