其光电转化效率超11%,这是已报道的三元有机太阳能电池(OSCs)中比较高的。其中Thieno[3,4-b]thiophene/benzodithiophene (PTB7)作为宿主聚合物,[6,6]-phenyl C71 butyric acid methyl ester(PC71BM)作为电子受体材料,。这种复合薄膜的光吸收波长超过900nm,这是三元OSCs研究中的一大突破。另外,该小组利用光电阴极层(ZnO:PBI-H)来减少电荷在电极与活性层的界面间发生复合,以发挥这种新型三元体系的全部潜能。研究结果发现,当具有ZnO:PBI-H层且DPPEZnP-THE含量达到较佳时,PCE可达到11.03%。这一数值相比具有ZnO光电阴极层的电池(7.85%)来说提高了40%。同时,混合物中DPPEZnP-THE含量10%–70%时,可以观察PCE值有所提高,这也表明该三元OSCs具有高组成容量。
DPPEZnP-THE表层村料的设备构造式正确:
带图前言:
图1:充电电池中相应物料的能量消耗技术和紫外光-探及吸收率光谱分析。
研究分析:从(a)图中可以看出电池的三元混合物和界面层中各成分的能量水平排列,从中可以预测到一个级联的能量传递过程。从(b)图可以看出PTB7有一个主要的吸收带,峰值在683 nm;DPPEZnP-THE有三个吸收带,峰值分别在在476nm,578nm和782 nm。
图2:電池优点曲线拟合定性分析
研究分析:(a)中利用ZnO:PBI-H作为阴极层后,研究DPPEZnP-THE对电池的影响。(e)外部量子效率(EQE)曲线中,当DPPEZnP-THE的掺杂比例10%时,在约800nm处出现一个小峰,且随着掺杂比例的增大,小峰的轮廓越**显。PC71BM比例分别为(1.0:0:1.5),(0.9:0.1:1.5),(0.7:0.3:1.5),(0.5:0.5:1.5) 且阴极层为ZnO:PBI-H。(其中JPH=JL-JD,JL和JD分别为光电流密度和暗电流密度, Veff = V0−VA,V0是零JPH时的电压,VA为所施加的偏置电压)。
图3:电池箱机械性能与日照时期抗压强度和时期的转变 有关
图4:PTB7:DPPEZnP-TEH:PC71BM 的TEM与AFM图
(a~d)分别为PTB7:DPPEZnP-TEH:PC71BM 的透射电子显微镜图(TEM),从左到右DPPEZnPTEH的掺杂比例分别为 0%, 10%, 30%, 50%。
(e~h)分别为PTB7:DPPEZnP-TEH:PC71BM 的原子力显微镜(AFM)形貌图,从左到右DPPEZnPTEH的掺杂比例分别为 0%, 10%, 30%, 50%。
阐述:(a~d)图里,三块相混法型喂养物pe膜的亮区和暗辨别别相应的供体和PC71BM丰富多彩的部位。里面DPPEZnPTEH含锌量的为10%和30%的三块相混法型喂养物,相比之下于PTB7:PC71BMpe膜具体表现出最佳的相区分,这能助改善正自由电荷解离可能和正自由电荷互传成功率。还,当DPPEZnPTEH含锌量的为50%时,其分析的相区分度较大的,引致空穴牵张反射率变低,转而变低电板的PCE值。同样从(e~h)图里能能判断出,PTB7:PC71BMpe膜面上均匀且形态特征中央集权(RMS为1.14 nm),当DPPEZnP-TEH 含锌量的为10% 和30%时, 三块相混法型喂养物的面上会变得越来越越来越毛糙(RMS对应为1.21nm和 1.50),这得出结论三块相混法型喂养物中出显最佳的相区分。虽然,当DPPEZnP-TEH 含锌量的为50%时,pe膜面上会变得越来越特别越来越毛糙(RMS提高3.96 nm)。能能判断出原子核力显微镜观察测定与电子散射电镜报告契合得不错。图5:GIXD平行面线切剖面图
【总结】该研究小组通过一种小分子和界面工程使得高性能中间带隙聚合物对近红外光增感。混合物光吸收的扩展提升了JSC,解决了三元OSCs研究面临的主要挑战。研究结果表明无论是多组分混合物还是界面工程都有利于减少电荷的复合且有助于电荷的提取,均能提升Jsc与FF值。并且高成分容量和PCE > 11%在多元OSC研究中也是罕见的。可以预期,若采用性能更好的宿主聚合物可以将PCE值进一步提升。
就zhn2021.08.16