Solar RRL:有机光伏电池给体与受体异质结界面电子结构

有机光伏电池作为一类新型光电器件,因具有材料选择余地大、分子结构裁剪性强、可加工性好、易“卷对卷”连续印刷、对环境友好等诸多优势,在信息、能源等领域显示了巨大潜在应用价值,开辟了低成本、高性能太阳能电池制备的新途径。在有机光伏器件中,界面特性是控制光电转换过程的关键,尤其在给体与受体界面,激子大量的复合损失严重制约器件的光电转化效率。因此,深入研究有机光电器件关键界面的电子结构,探索其对光电转换的影响规律,对于实现高效有机光伏电池具有重要意义,也是实际应用的迫切需要。

华东师范大学信息科学技术学院极化材料与器件教育部重点实验室保秦烨课题组和合作者利用光电子能谱原位表征技术(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy, UPS)结合整数电荷转移模型(Integer Charge Transfer, ICT),构建了有机光伏电池给体与受体(D/A)界面电子结构模型(分ECIT+,D < EICT-,A; ECIT+,D = EICT-,A; ECIT+,D > EICT-,A 三种情况)。进一步围绕界面电子结构与光电转换机制,解析了给体:受体体异质结TQ1:PCBM界面完整的电子结构,分析了其对激子分离、复合的影响机制。研究发现给体TQ1的EICT+与受体PCBM的EICT-相等,均为4.35eV, 导致其界面真空能级整齐排布,避免了界面偶极的发生,在这种界面电子结构下能够有效避免ICT陷阱辅助复合的发生,促进激子的分离,减小开路电压的损失。从能级图上看,TQ1的HOMO与PCBM的LUMO能级之间的有效能级差为1.15 eV, 器件实际测得的开路电压为0.89 V,开路电压的损失只有0.26 V, 激子分离驱动力和空穴阻挡势垒分别为0.57 和 0.95 eV。除了界5面电子结构,作者还采用不同比例TQ1:PCBM异质结的功函数演变规律和UPS价带信号确定了TQ1与PCBM在活性层中共混均匀的特性。此项工作为设计高效率有机光伏电池给体与受体界面提供了理论指导和新的思路。相关工作发表在Solar RRL(DOI: 10.1002/solr.201700142)上。

Speak Your Mind

*