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      中科院青島生物能源與過程研究所揭示有機太陽能電池電荷傳輸新機制

      近日, 中科院青島生物能源與過程研究所先進有機功能材料與器件研究組在前期非富勒烯受體的新型側鏈工程研究基礎上,進一步研究揭示了烷基側鏈的影響,實現了對分子堆積、捕光層形貌及電荷傳輸更為精細的調控。相關成果近日發表于《創新》。

      有機太陽能電池(OSCs)是光伏領域的重要研究方向,特別是2015年新型非富勒烯受體的出現,極大推動了OSCs的發展。然而,在面向應用的大面積器件的印刷制備中,OSCs捕光層厚度是一個繞不開的課題。第一,隨著膜厚的增加,捕光層內電荷的復合損失顯著增加,電池效率迅速下降;第二,膜厚較薄的印刷制備對設備和工藝的要求極為苛刻。根據目前已有的報道,絕大多數的高性能電池均是基于~100納米的捕光層材料。發展新方法,開發膜厚敏感低的有機光伏材料,對于OSCs的印刷制備及應用具有重要意義。

      課題組研究發現,側鏈烷基碳數細微調控對共軛材料分子堆積方式展現出截然不同的影響,側鏈碳數為5時的IDIC-C5Ph受體中存在奇特的分子堆積。該研究組首次提出了雙通道電荷傳輸(TCCT)概念,可實現電荷更為高效的傳輸與提取。

      光伏性能結果表明,IDIC-C5Ph基器件最優條件下的填充因子(FF)高達80.02%,是常規有機光伏器件中的最高值之一??紤]到TCCT特性在電荷傳輸及抑制復合方面的優勢,IDIC-C5Ph基器件隨著膜厚增加到307納米時,FF仍高達75%,媲美大多數報道的低膜厚器件數據;進一步增加到470納米時,FF依然大于70%,PCE達到13%。

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