南科大Aung Ko Ko Kyaw团队CEJ：化学稳定的近红外受体实现高性能有机太阳能电池和光电探测器

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前言回顾

溶液处理有机太阳能电池（OSCs）和有机光电探测器（OPDs）由于其重量轻、机械灵活性高、器件结构简单和低成本而极具前景。非富勒烯受体（NFAs）对有机光电器件的发展做出了重大贡献。然而，它们与相邻界面层的不良化学反应以及在近红外（NIR）区域的弱吸收限制了器件性能的进一步提高。

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文献简介

为了满足这一研究领域的迫切需要，近日，南方科技大学Aung Ko Ko Kyaw教授课题组采用O6T-4F作为NFA，以及PDINN或BCP作为p-i-n器件结构中的阴极界面层（CILs）材料，并系统地研究了CIL对O6T-4F的化学反应以及对OSCs和OPDs性能的影响。研究发现O6T-4F是一种化学稳定的NFA，与ITIC或Y6及其系列不同，其不与CIL反应。此外，研究还发现，与PDINN相比，BCP除了具有激子阻断特性外，还具有更大的偶极、更强的物理键合和与活性层的机械粘附性，从而提高了器件性能。为了进一步提高OSCs和OPDs的性能，并扩大近红外吸收，研究人员在活性层中添加了PC61BM，通过添加适当的PC61BM重量比，由于其具有的高电子迁移率，可以实现活性层中电子和空穴传输的平衡，从而很好地补偿NFA的低电子迁移率。PC61BM的电子诱导掺杂密度也抵消了基于O6T-4F二元器件的空穴诱导掺杂密度，接近三元混合物中的本征型半导体，最终使得器件中具有低载流子复合。

此外，研究还发现，适量的PC61BM可以通过调节O6T-4F的取向从平坦的片层晶体和边缘到J型π-π堆积来促进分子有序化，从而增强光子吸收和与给体的精细相分离，这使得外部量子效率（EQE）光谱从1000加宽到1050 nm，最大短路电流密度（JSC）为28.11 mA/cm2，填充因子（FF）为68.03%，开路电压（VOC）为0.692 V、 最终三元太阳能电池的PCE为13.23%。由于其在近红外区域的吸收增强，这有利于红外成像和传感应用，因此研究人员还测试了相应OPD的性能。最佳OPD在840 nm时具有0.52 A/W的高响应度 ，在宽波长范围（330-1000 nm）内具有超过1013琼斯的高探测率，最大值为1.10×1014琼斯（波长为840 nm），是目前已报道的基于O6T-4F的OPD中近红外区域的最高值。最后，研究人员使用所制备的OPD实现了高质量的可见光和近红外成像（像素为 80×260）。

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文献总结

综上，该工作揭示了O6T-4F的化学稳定性，以及通过加强界面接触和成分调控来提高基于O6T-4F的光电子器件性能。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》上，题为“High-performance organic solar cell and self-power photodetector with chemically robust, near-infrared acceptor enabled by strengthening interfacial contact and compositional modulation”。

本文关键词：有机太阳能电池，非富勒烯受体，界面接触，成分调控。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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