北京航空航天大学张渊课题组：分子分散提高准双层有机太阳能电池的光伏效率和热稳定性
北京航空航天大学张渊教授和国家纳米科学中心周惠琼研究员等基于分步顺序旋涂工艺，通过将少量给体分子分散到受体层的策略，制备了P-I-N型准双层结构的有机太阳能电池，实现了较高的光电转换效率，并且器件的热稳定性得到了提升。
在过去的两年中，基于非富勒烯受体的有机太阳能电池（OSC）在光电转换效率方面取得了巨大进步。目前大多数有机太阳能电池均基于体异质结结构（BHJ），由电子给体和受体共混后组成。BHJ中存在大量微观p-n结，可以提供足够的给受体界面促进电荷分离，增加光电流和器件的光电转化效率。BHJ-OSC的器件特性与BHJ膜的纳米形貌和微观聚集态性质密切相关。为获得理想的纳米互穿网络和有效的电荷传输通道，人们通常采用热/溶剂退火或溶剂添加剂等后处理方法对BHJ活性层薄膜的形貌加以调控，这无疑增加了器件制备的复杂性。
最近，北京航空航天大学张渊教授与国家纳米科学中心周惠琼研究员等人合作，利用分步顺序旋涂工艺，通过将少量给体分子PBDBT-2F分散到受体层的策略，制备了P-I-N型准双层结构的有机太阳能电池（PHJ-OSC），该方法在实现了良好垂直相分离的前提下，不会引入额外的双分子复合损失，并且有利地提高PHJ-OSC器件中的电荷收集效率，最终实现了较高的光电转换效率和器件热稳定性的提升（见下图）。
图1 分子分散提高准双层有机太阳能电池的光伏效率和热稳定性
该研究结果近期在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry。详见：Zhang X, Li Y, Zhang D, Wu G, Zhang H, Zhou J, Li X, Saud-uz-Zafar, Zhang J, Wei Z, Zhou H, Zhang Y. Molecular dispersion enhances photovoltaic efficiency and thermal stability in quasi-bilayer organic solar cells. Sci. China Chem., 2020, 63, https://doi.org/10.1007/s11426-020-9837-y
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作者简介
张渊，北京航空航天大学教授，博士生导师，主要从事有机半导体光电材料和钙钛矿太阳能电池研究，近年来在光伏器件物理方面取得了系列研究进展，发表SCI学术论文70余篇。研究成果以第一或通讯作者在Energy & Environ. Sci.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、Small、J. Phys. Chem. Lett.和ACS Nano等国际重要学术期刊上发表。
周惠琼，国家纳米科学中心研究员，博士生导师，主要从事有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池研究，近年来在光伏器件界面调控，及高性能光伏电池器件方面取得了系列研究进展，发表SCI学术论文70余篇。研究成果以第一或通讯作者在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nano Energy、J. Mater. Chem. A和J. Phys. Chem. Lett.等国际重要学术期刊上发表。现为Solar RRL的Editorial Advisory Board成员。