华南理工於黄忠团队AFM：二维GeSe助力高性能有机太阳能电池

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前言回顾

基于体异质结（BHJ）的有机太阳能电池（OSCs）近年来获得了非常突破性的进展，为了调节给体和受体的结晶度，研究人员通过向二元BHJ中添加额外材料，如有机小分子、生物材料和二维（2D）材料等，制备了三元OSCs混合物。向活性层添加第三组分可以改善BHJ的混合形态，促进导电网络的形成，从而增强光吸收、激子离解和载流子迁移率，最终改善OSCs的性能。同时，氢键的存在和弱相互作用也可以有效地提高有机小分子的结晶度和分子取向。研究表明，二维（2D）硒化锗（GeSe）作为一种IV–VI族p型半导体，其预测电子和空穴迁移率分别可高达103 cm2 V−1 s−1和102 cm2 V−1 s−1，因此能够进行高效的光生载流子传输和收集。此外，锗和硒在自然界中相对丰富，属于环境友好型材料。因此，2D GeSe以其优异的光电性能吸引了薄膜太阳能电池、光电晶体管和光电探测器等多个领域的研究人员的关注。然而，从OSCs的角度来看，对GeSe的研究还比较缺乏。

图1.2D GeSe结构及分子器件结构

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文献简介

受这些因素的启发，近日，华南理工大学於黄忠教授研究团队在最新发表的文章中首次报道了将2D GeSe引入PBDB-T:ITIC和PM6:Y6共混膜中，用于提高非富勒烯受体的结晶度，促进共混膜中有效电荷传输双连续双纤维网络的形成，并为载流子传输和激子分离提供了额外途径。研究人员制备了ITO/ZnO/PBDB-T:ITIC:GeSe/MoO3/Ag结构的器件，由于添加了2D GeSe，器件的PCE明显增加。当添加0.4 wt% 2D GeSe后，基于PBDB-T:ITIC的OSCs器件的PCE从10.32%增加到11.88%，而基于PM6:Y6体系的器件PCE从15.19%增加到17.22%。更有趣的是，计算结果表明，2D GeSe中的Se空位点缺陷和Ge原子表面对ITIC受体中两端IC基团部位的吸附作用最强，这揭示了2D GeSe有效提高ITIC的结晶度和分子取向的原因。

图2.IC端基在GeSe单层上的吸附模型

图3.添加不同2D GeSe量下的器件性能比较

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文献总结

综上，该工作通过原理计算揭示了2D GeSe如何充当成核中心的原因，并在分子尺度上揭示了导致受体分子和2D材料在结晶过程中行为的物理机制，为二维材料在光伏器件中的应用提供了理论依据和实验指导。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》上，题为“High-Performance Organic Solar Cells by Adding Two-Dimensional GeSe”。

本文关键词：有机太阳能电池，二维材料，2D GeSe，形貌优化，相分离。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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