Solar RRL:相生相成:发展结构相似给体实现高效三元共混聚合物太阳能电池

一直以来,如何提高聚合物太阳能电池的能量转换效率都是有机光伏领域的研究热点。与叠层器件相比,具有三组分光伏材料的三元共混器件既具备了叠层器件活性层吸收光谱互补的优点,又省去了叠层器件复杂的制备工艺。但是三元共混器件活性层中额外的光伏材料组分增加了活性层形貌调控的难度,同时容易形成光生载流子迁移的陷阱。尤其是受限于非卤溶剂较差的溶解性,使用非卤溶剂调控三组分活性层形貌以达到最优的纳米尺寸分离结构是巨大的挑战,因此鲜有报道高效的非卤溶剂三元共混聚合物太阳能电池。

近日,来自苏州大学李永舫院士团队的崔超华副教授等设计合成了与PBDB-TS结构相似的聚合物给体材料(PBDB-BT)作为第三组分用于三元共混聚合物太阳能电池。这两个聚合物给体材料的吸收光谱具有一定程度上的互补性,同时具有相近的HOMO能级。将10%PBDB-BT(相比于PBDB-TS)作为第三组分与PBDB-TS:ITIC共混制备三元共混电池,器件的能量转换效率有效地从9.81%提高到了10.26%。值得一提的是,制备电池器件使用的是非卤溶剂邻二甲苯。进一步的研究结果发现,该三元共混电池光伏性能的提高是由于第三组分PBDB-BT的加入有效地提高了器件的电荷分离、抑制了双分子复合、以及平衡了载流子迁移。

该结果表明,通过发展结构相似的高相容性的第三组分光伏材料是提高三元共混聚合物太阳能电池能量转换效率的有效途径。相关论文发表于近期的Solar RRL(DOI: 10.1002/solr.201800060)上,通讯作者是崔超华副教授。