Advanced Materials:用于降低有机太阳能电池中缺陷态密度的电子受体类似物

有机太阳能电池(OSCs)因其成本低、柔性高、易于制备等优点受到了国内外的广泛关注。2015年稠环电子受体ITIC及其衍生物被报道,极大地推动了OSCs光电转换效率(PCE)和稳定性的提升。目前,采用高性能聚合物给体(如PM6、PM7和D18等)和稠环电子受体(如Y6、M34和BTP-4Cl等)制备的器件PCE已超过16-17%。然而,OSCs的器件的PCE仍然远低于无机/杂化太阳能电池,主要限制因素之一是由于OSCs非辐射复合较为严重,导致器件能量损失较大。非辐射复合主要是由于用作光活性层和/或界面层的有机半导体禁带中的缺陷态所导致。因此,开发出一种简单且有效的降低缺陷态密度的方法,是进一步提高OSCs器件性能的重要一环。

中国科学院化学研究所有机固体实验室林禹泽课题组和合作者设计合成了一种新型稠环电子受体类似物:BTPR。BTPR的吸收光谱与给体D18和受体Y6相互补,同时能级匹配。引入BTPR作为第三组分,有效增强电子受体的分子排列,提高了电子受体的相纯度。与二元器件PM6:Y6相比,三元器件PM6:BTPR:Y6电致发光效率提升,非辐射复合减少。更少的能量损失使三元器件的PCE达到了17.8%。BTPR的引入使OSCs的缺陷态密度降低至1015 cm−3,可与非晶硅太阳能电池(1016 cm−3)以及钙钛矿太阳能电池太阳能(1014 -1015 cm−3)等相媲美。低缺陷态密度有望进一步提升OSC器件PCE。

研究者们相信利用稠环电子受体类似物来降低陷阱密度的策略,可进一步拓展应用到其他有机电子器件之中,例如场效应晶体管、发光二极管、超快光电探测器等。相关结果已发表在Advanced Materials上。

论文信息:

An Electron Acceptor Analogue for Lowering Trap Density in Organic Solar Cells

Yihang Zhang, Guilong Cai, Yawen Li, Zhenzhen Zhang, Tengfei Li, Xia Zuo, Xinhui Lu, Yuze Lin

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202008134