Solar RRL:低驱动力异质结系统在室内光伏中的应用

有机异质结光伏元件已展现出其在室内光线采集方面的应用潜力。该类器件可有效解决当下时兴的物联网系统中离线零部件的充电难题。然而,由于室内光源光照强度远低于标准太阳光强,室内光伏器件通常需要更高的光电转换效率以及更大的有效工作面积,从而达到所需的功率输出。当前,大面积有机光伏器件制备通常所需的活性层厚度较大,从而满足如喷涂、刮涂、丝网印刷和槽模喷涂等技术手段的需求。因此,对于有机室内光伏器件,一个亟待解决的问题是如何在取得尽可能高的输出功率同时,尽量提高异质结活性层的薄膜厚度。

近期,山东大学殷航教授,香港科技大学马力权,颜河教授,香港浸会大学苏树江教授等研究者提出了一种通过使用低驱动力异质结系统,制备高光电转换效率厚膜室内光电转换器的新思路。结果表明,基于低驱动力P3TEA:FTTB-PDI4异质结的室内光伏器件,可在异质结厚度接近200纳米时,依然保持超过20%的光电转换效率。通过电子传输及薄膜缺陷态分析可知,在低驱动力异质结系统中,当给体聚合物与小分子电子受体材料共混时,由于给受体间几乎可以忽略的电子传输势垒,其电子传输性能可以得到显著改善。与高驱动力样本对比,其电子能量失序度及场效应迁移现象均得到了明显的抑制。同时,在该低驱动力异质结系统中,我们可以观测到更低的乌尔巴赫能,表明薄膜中存在更低的电子传输缺陷分布。

在此前的工作中,给受体异质结中的低载流子驱动力这一概念已成功用于制备高开路电压,高性能的有机光伏器件。此项研究表明,由于其具备良好的电子传输性能与高开路电压等优势,有机低驱动力异质结系统可同样用于制备高性能室内光电转换器。该工作为未来室内光伏器件的设计与表征提供了新的思路。相关工作发表在Solar RRL(DOI:10.1002/solr.202000291)上。