一种新的策略去制备三元非富勒烯太阳能电池

【引言】

最近几年，三元策略已被证明是一个有效的策略去提升有机太阳能电池的性能。目前，第三组分普遍的选择准则是与二元主体系有着互补的吸收光谱，以促进三元活性层对光子的捕获。我们提出了一个新的策略去选择第三组分制备高效率三元非富勒烯太阳能电池：基于两个二元子电池具有互补的光电参数。

【成果简介】

近日，北京交通大学张福俊课题组报道了一种新的策略去制备三元非富勒烯太阳能电池。在这个工作中，非富勒烯电池被制备使用聚合物J71为给体材料，两个带隙几乎相同的小分子IT-M、ITIC 为受体材料。尽管两个受体材料有着几乎相同的带隙，但所制备的两个二元电池的光电参数有着较大差别。三元电池良好的继承了两个二元子电池的优点，PCE由10.68%提升至11.60%。相关内容以题为“Ternary Non-fullerene PSCs with PCE of 11.6% by Inheriting the Advantages of Binary Cells”发表在了ACS Energy Letters上。本文的第一作者为硕士生胡拯豪。

【图文导读】

图1. TOC图

图2. 非富勒烯有机太阳能电池器件结构和材料特性

(a) 器件结构;

(b) 材料的分子式;

(c) J71、IT-M和 ITIC 薄膜的标准化紫外-可见吸收光谱图;

(d) 材料的能级。

图3. 最优二元和三元有机太阳能电池器件光电性质表征

(a)100 mW cm-2 光照下最优二元和三元有机太阳能电池器件的电流强度-电压曲线;

(b)最优二元和三元有机太阳能电池器件的外量子效率;

(c)不同ITIC含量器件薄膜的吸收光谱图(插图为IT-M，ITIC薄膜的吸收系数);

(d)最优二元和三元有机太阳能电池器件的光电流密度-有效电压曲线。

图4. 最优二元和三元有机太阳能电池器件薄膜的光电性能

(a)不同光照强度下最优二元和三元有机太阳能电池器件的短路电流强度结果及短路电流强度-光照强度线性拟合结果;

(b)不同光照强度下最优二元和三元有机太阳能电池器件的开路电压结果及开路电压-光照强度线性拟合结果;

(c)最优二元和三元器件的空穴迁移率;

(d)最优二元和三元器件的电子迁移率。

【总结】

该策略以两个二元子电池具有互补的光电参数为选择准则，所制备的三元电池继承了两个二元子电池的优点，其PCE提升近1个百分点。该策略的提出打破了传统三元电池第三组分的选择以吸收光谱互补为首要准则的思想，有利于三元电池的进一步发展。