国家纳米科学中心魏志祥团队AEM：小能量无序助力非富勒烯有机太阳能电池具有超低能量损失

1

前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）因其重量轻、灵活性好、易于大面积制备等优点，在便携式电子产品、可穿戴器件和建筑集成光伏领域显示出极大的应用前景。由于材料和器件工艺的优化，单结OSCs的功率转换效率（PCE）已达到19%以上，而串联器件的PCE已达到20%以上。然而，与无机和钙钛矿太阳能电池（≈0.3 eV）相比，OSCs的能量损失相对较大（>0.5 eV），因此后者的光伏性能相比于前者仍存在显著差距。研究表明，通过减少能量损失，可以进一步提高OSCs的效率，因此有必要深入研究能量损失的来源，并了解分子结构和能量损失之间的关联。

2

文献简介

有鉴于此，近日，国家纳米科学中心魏志祥研究员、吕琨研究员、朱凌云研究员等人团队在传统吸电子端基（IC）基础上引入了具有氟原子的苯基或三氟甲基（CF3），用于增强分子间的相互作用。研究人员设计并合成了四种BTP-ICBxF类似物的受体，并命名为BTP-ICB1F、BTP-ICB2F、BTP-ICB3F和BTP-ICBCF3。当与聚合物给体PM6共混时，基于BTP-ICBxF的器件获得了超过0.91 V的高开路电压值。同时，基于PM6:BTP-ICB3F的器件获得了17.7%的PCE，非辐射复合能量损失（ΔE3）为0.188 eV；而PM6:BTP-ICBCF3系统获得了17.8%的高PCE，ΔE3为0.180 eV。据悉，所获得的ΔE3是目前二元OSCs中最小的，且PCE超过17%。

在随后的研究中，研究人员发现在BTP-ICB3F和BTP-ICBCF3中引入含有氟原子的苯基后，与Y6相比，能量无序显著减少，而较小的能量无序会导致较低的ΔE3。此外，薄膜形态和激子动力学结果表明，BTP-ICBxF体系具有更好的聚集模式和更长的扩散长度，这有利于OSCs中有效的电荷产生。最后，通过使用三元策略，研究人员将BTP-ICBCF3受体结合到基于PM6:BTP-eC9的二元体系中，在增强电压的情况下实现了18.2%的更高PCE。这项研究表明，具有氟原子或CF3取代的苯环提供了一种有效的策略来减少能量无序和能量损失，促使OSCs获得更高效率。

3

文献总结

综上，该工作工作提供了一种可能的方法，通过平衡OSCs中的能量损失和相关光伏参数来进一步提高PCE。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》上，题为“High-Performance Small Molecule Organic Solar Cells Enabled by a Symmetric-Asymmetric Alloy Acceptor with a Broad Composition Tolerance”。

本文关键词：有机太阳能电池，非富勒烯受体，开路电压，分子设计，能量损失。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！