Solar RRL:提高溶液加工有机小分子光伏电池器件性能的新策略

在本体异质结有机光伏电池中,活性层电子给体与受体材料相分离特性对于光电转化效率及器件稳定性至关重要。具有高Tg的电子给体材料,有利于控制相分离形貌的稳定性,但通常与受体材料相容性较好,从而促进双分子复合,影响光生电流以及光电转化效率(PCE)。

近期,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室/高分子光电材料与器件研究所朱旭辉教授,与彭小彬教授以及上海交通大学刘烽教授等合作,通过引入第二给体材料DPP(TBFu)2,改善非晶态有机小分子给体材料DPPEZnP-TEH(如图所示,高柯、刘烽、RAJ Jansen、彭小彬等,JACS, 2015, 137, 7282)的结晶性,增强给体材料相纯度,进而抑制双分子复合,提升光电转化性能。

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DPPEZnP-TEH,具备诸多优点:宽吸收,可至900 nm,高空穴迁移率1.77 × 10–3 cm2 V–1 s–1 (基于SCLC模型),以及高Tg(150 °C)。“客体”给体材料DPP(TBFu)2与DPPEZnP-TEH具有相似的分子结构,结晶性强:高温退火后,易与PC61BM相分离。因而,主客体(host-guest)给体材料具有良好相容性,并可形成激基复合物。在活性层中引入适当的DPP(TBFu)2后,在120 °C加热,DPPEZnP-TEH的微晶尺寸由~6.8 nm增至9.8 nm,而给体与受体仍然维持相对较小的相分离尺度(~39 nm)。由于结晶性、相纯度增强,改善了短路电流与影响因子,溶液加工倒装有机小分子OPV器件的PCE,在未使用高沸点溶剂添加剂以及溶剂蒸气退火情况下,由原来的约5.5% 提升至7.1%,达到同类器件的最好水平。这项工作将促进印刷型OPV的发展与应用相关论文近期在线发表在Solar RRL(DOI: 10.1002/ 201600003)。谭婉怡、高柯博士,为共同第一作者。

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