我室物理科学与工程技术学院团队在双层有机太阳能电池领域取得新进展

2025年02月27日 15:51 物理科学与工程技术学院 点击:[]

我室物理科学与工程技术学院阚志鹏团队在双层有机太阳能电池领域取得新进展,利用固-液混合添加剂策略,通过平衡非富勒烯受体分子聚集尺寸与排列有序性,实现了高效的双层有机太阳能电池。相关成果以“Molecular order manipulation with dual additives suppressing trap density in non-fullerene acceptors enables efficient bilayer organic solar cells”为题,于2025年2月6日在线发表在能源期刊Energy & Environmental Science上。论文的通讯作者为我室物理科学与工程技术学院教授阚志鹏。

双层有机太阳能电池避免了给体和受体的混合,从而抑制了双分子电荷复合和能量无序,是未来工业化应用的潜在候选者。随着Y6及其衍生物的发展,双层有机太阳能电池的光伏性能突破19%。其中,通过添加剂调控受体相的聚集,以实现具有较大聚集尺寸,是提高电荷传输性能并改善器件效率的实用手段。然而,聚集尺寸的增加伴随着不可控的取向分布,导致分子排列的有序性降低,产生较为严重的缺陷密度,不利于器件性能。围绕这一挑战,该团队创新性地使用固-液混合添加剂策略实现了具有较大聚集尺寸且分子排列更为有序的絮状结构,降低了缺陷密度,实现了高效且稳定的双层有机太阳能电池。

在这项研究中,研究团队选择了一种高沸点的溶剂添加剂1-氯萘(CN)和一种表现出优异电子传输性能的固体添加剂反式双(二甲基硼)二苯乙烯(BBS),以促进受体分子聚集。研究发现,CN通过J聚集增加了L8-BO的薄膜结晶度,形成纤维网络结构。当BBS也被一起加入时,形成了一种新型的絮状结构,降低了J聚集程度,改善了分子排列有序性,并降低了缺陷密度。因此,混合添加剂处理的器件获得了19.32%的最佳效率,并在1500h的储存时间后,仍旧维持了初始效率的91%。这一发现证实了通过固-液混合添加剂操纵分子排列有序性以进一步降低陷阱密度的可行性,从而阐明了混合添加剂在制造高效双层有机太阳能电池中的应用前景。


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