JPhysD编辑优选:高效光伏体异质结给受体比例变化对VOC的影响

10 2月 2021 gabriels
本篇研究来自山东大学郝晓涛教授所在课题组,研究发现:

  1. 给体组分重量比从20%提高到80%时,开路电压Voc从0.77 V增加到0.84 V;
  2. 给体组分重量比增加过程,低能范围内Y6的荧光峰从905 nm移到855 nm ;
  3. 给体组分重量比增加的过程,电致发光发射峰从936 nm逐渐减小到859 nm;
  4. 开路电压VOC的变化可归因于电荷转移态能量的增加以及施主与受主之间的分子间相互作用。

文章介绍

VOC Variation with Molecular Weight Fractions in Highly Efficient Organic Photovoltaic Bulk Heterojunctions

Zhen-Chuan Wen, Meng-Si Niu, Tong Wang, Zhi-Hao Chen, Jia-Jia Guo, Chao-Chao Qin, Lin Feng, Hang Yin and Xiao-Tao Hao

通讯作者:

  • 郝晓涛 山东大学

在这项研究中,我们研究了给体(D):受体(A)重量分数与器件性能之间的关系,揭示了相应的光物理机制。光致发光和电致发光研究结果表明,引入PM6成分会导致Y6 光致发光光谱峰位发生明显的蓝移。我们将该现象归结于电荷转移态状态能量的增加以及给体和受体之间的分子间相互作用。因此,光伏器件获得了明显增加的开路电压VOC。一方面,优化的给体:受体混合比可以抑制光诱导的单重态激子被激发到更高的激发态,从而有效地减少了能量损失。另一方面,混合膜中长寿命解离的激子的存在有利于最大程度地收集光生电荷。  原子力显微镜和中子反射研究结果表明,较高的受体含量有利于形成互穿网络形态,并获得较高的填充因子(FF)和短路电流(JSC),从而实现15%以上的能量转换效率。

研究背景

近年来,持续增长的能源需求引起了科学家的注意力。许多研究小组致力于通过开发环保新型清洁能源来替代传统化石燃料。有机光伏(OPV)因其具有诸如成本效益,重量轻,以及在卷对卷加工的大面积制造中的巨大潜力等优势而备受关注。最近,单结有机太阳能电池性(OSCs)能取得了突破,功率转换效率(PCE)超过18%。基于PM6:Y6系统的有机太阳能电池性的功率转换效率也已经超过了商业化瓶颈15%,极大地促进了有机光伏产业的商业发展。在该类高性能异质结系统中,对开路电压(VOC)损耗机制的研究可以为高效率材料的合成以及器件性能的优化提供合理化的建议。


作者介绍

郝晓涛,山东大学物理学院教授。英国物理学会会士,英国皇家化学会会士,晶体材料国家重点实验室固定成员,入选首批国家海外高层次青年人才计划。目前担任国际薄膜学会区域副主席,墨尔本大学名誉研究员,山东物理学会常务理事,山东省光学工程学会常务理事。主要研究方向为低维有机半导体物理、有机太阳能电池、超快光谱学等。