浙江大学陈红征团队AEM：对称-不对称双受体策略实现器件效率及稳定性协同提升

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前言回顾

从近期的研究来看，构建三元体异质结是提升器件PCE最为广泛且最为要有效的手段之一，尤其是在以Y系列非富勒烯受体为研究主体的体系中遍地开花，实现了效率的飞跃式提升。为了厘清其效率提升机制，研究人员提出了一些运作模型，如能量转移模型、电荷转移模型、平行态形貌模型、合金态形貌模型等，而实际的器件运作中往往包含多个运作模型，第三组分扮演者多功能的角色，例如，引入客体第三组分可与主体材料形成互补的吸收同时调节给体：受体（D:A）间的相容性，使得能量转移模型和平行态形貌模型共存；再如，引入客体第三组分可与主体材料形成级联式能级排布同时与主体材料有较好的相容性，使得电荷转移模型和合金态形貌模型共存。也就是说，第三组分往往承担着载流子动力学调控与共混薄膜形貌优化的双重功能。由于器件的性能参数，特别是基于Y系列非富勒烯受体的器件参数，在逐渐地接近理论极限，通过构建三元体异质结提升器件PCE的空间愈发狭窄，对于稳定性的探索应当引起重视，而器件稳定性同样和载流子动力学及共混薄膜形貌有关，故构建具有多种功能的三元体异质结这一方式有机会作为改善器件稳定性的窗口。

图1.对称受体L8-BO与不对称受体BTP-S9分子基本性质

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文献简介

因此，在构建一个成功的多功能三元体系时，除了通过载流子动力学和共混形貌的优化提高器件效率外，协同改善器件的稳定性也是一个重要的考量因素。基于上述考虑，浙江大学陈红征课题组与西安交通大学马伟课题组、武汉大学闵杰课题组进行合作，构建了一个对称-不对称双受体三元体系PM6:L8-BO:BTP-S9，双受体的引入使得整个体系具有良好的光谱覆盖及合理的能级排布，所制备的器件展现出高效的电荷分离和平衡的电荷输运以及有效的电荷收集，使得短路电流（Jsc）和填充因子（FF）较高。同时，由于不对称受体BTP-S9的引入，器件的发光性能得到改善，使得非辐射复合受到抑制，从而获得较高的开路电压（Voc）。最终三元器件获得了18.84%的效率，认证效率为18.44%。薄膜形貌表征结果揭示了BTP-S9具有更强的结晶性，主体体系因为BTP-S9的引入使得薄膜结晶与分子堆积得到改善，有助于光电转换的顺畅进行。此外，BTP-S9展现出了更强的本征薄膜稳定性，且与L8-BO混合后具有形成类合金的趋势，使体系熵增以抑制老化相分离，从而使得器件的在持续工作状态下的稳定性得到改善。

图2.器件的光伏性能测试

图3.稳定性与形貌测试

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文献总结

综上，这一工作提出的对称-不对称双受体三元策略是一个同时改善器件效率及稳定性的良好案例。相关成果最新发表于《Advanced Energy Materials》上，题为“Simultaneous Improvements in Efficiency and Stability of Organic Solar Cells via a Symmetric-Asymmetric Dual-Acceptor Strategy”。浙江大学陈红征教授、李水兴博士为论文通讯作者，博士研究生何程亮为论文第一作者。

本文关键词：有机太阳能电池，三元器件，不对称结构，分子设计。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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