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摘要有機(jī)太陽(yáng)能電池(OSC)因具有質(zhì)量輕、本征柔性,可溶液法加工等優(yōu)點(diǎn)而受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注并在過(guò)去十年取得了顯著的進(jìn)步。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】有機(jī)太陽(yáng)能電池(OSC)因具有質(zhì)量輕、本征柔性,可溶液法加工等優(yōu)點(diǎn)而受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注并在過(guò)去十年取得了顯著的進(jìn)步,但其能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)仍落后于無(wú)機(jī)和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,這主要是由于其較大的非輻射能量損失導(dǎo)致開路電壓較低。其中,三線態(tài)激子的形成被認(rèn)為是產(chǎn)生非輻射能量損失的主要來(lái)源之一,限制了OSC的進(jìn)一步發(fā)展。
 
  針對(duì)上述挑戰(zhàn),黃輝教授、蔡蕓皓副教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)降低電荷轉(zhuǎn)移態(tài)能量無(wú)序,有效降低了反向電荷轉(zhuǎn)移速率,抑制了三線態(tài)激子的產(chǎn)生,減少了非輻射能量損失,提升了OSC的性能。在本工作中,該團(tuán)隊(duì)以三元策略調(diào)控電荷轉(zhuǎn)移態(tài)的能量無(wú)序作為切入點(diǎn),通過(guò)深入研究,闡明了電荷轉(zhuǎn)移態(tài)能量無(wú)序的降低導(dǎo)致空間上更加離域的極化子對(duì)分布,與局域三線態(tài)激子的空間重疊減少,減小耦合。根據(jù)Marcus半經(jīng)驗(yàn)公式,降低了體系的反向電荷轉(zhuǎn)移速率,為三線態(tài)電荷轉(zhuǎn)移激子的解離提供時(shí)間,從而減少了三線態(tài)激子的生成。最終,采用該策略的三元有機(jī)太陽(yáng)能電池器件獲得了0.183 eV的非輻射能量損失以及20.25%的PCE(認(rèn)證效率為19.82%),創(chuàng)造了單結(jié)器件的最高記錄值,同時(shí)所獲得的非輻射能量損失是OSC迄今為止報(bào)告的PCE超過(guò)19%體系的最小值。這項(xiàng)工作不僅提出了通過(guò)降低電荷轉(zhuǎn)移態(tài)無(wú)序抑制三線態(tài)激子形成和非輻射能量損失的新策略,同時(shí)為OSC的性能提升提供了寶貴的見解。
 
  圖1. a-f有機(jī)太陽(yáng)能電池的能量無(wú)序,3CT與T1的能量差,耦合及反向電荷轉(zhuǎn)移速率
 
  相關(guān)研究成果以“Highly efficient organic solar cells enabled by suppressing triplet exciton formation and non-radiative recombination”為題,于近日發(fā)表在Nature Communications雜志。李聰琪(中國(guó)科學(xué)院大學(xué)材料學(xué)院2020級(jí)直博生)為該工作的第一作者,姚果(南京大學(xué))、古曉斌(中國(guó)科學(xué)院大學(xué)材料學(xué)院2022級(jí)博士生)為共同第一作者,黃輝教授和蔡蕓皓副教授為通訊作者。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院及中國(guó)科學(xué)院大學(xué)等項(xiàng)目的資助。

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