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國科大黃輝Nat. Commun.: 通過抑制三重態(tài)激子形成和非輻射復(fù)合實(shí)現(xiàn)效率達(dá)20.25%的有機(jī)太陽能電池

發(fā)表時間：2024-10-17 14:22

主要內(nèi)容

非輻射能量損失高是阻礙有機(jī)太陽能電池發(fā)展的關(guān)鍵問題。三重態(tài)激子的形成被認(rèn)為是非輻射能量損失的主要原因。降低反向電荷轉(zhuǎn)移速率被認(rèn)為是緩解電荷轉(zhuǎn)移態(tài)弛豫和三重態(tài)激子產(chǎn)生的有效途徑。

在這篇文章中，中國科學(xué)院大學(xué)材料科學(xué)與光電技術(shù)學(xué)院黃輝、蔡蕓皓等人通過調(diào)節(jié)共混物電荷轉(zhuǎn)移態(tài)無序性和反向電荷轉(zhuǎn)移速率，開發(fā)了一種基于D18:N3-BO:F-BTA3的高效三元體系。通過添加F-BTA3，獲得了具有更緊密分子堆積的明確形態(tài)。此外，在三元共混體系中發(fā)現(xiàn)了電荷轉(zhuǎn)移態(tài)的減少，這降低了反向電荷轉(zhuǎn)移的速率以及三重態(tài)激子形成，從而阻礙了非輻射復(fù)合途徑。

因此，基于D18:N3-BO:F-BTA3的器件產(chǎn)生了0.183 eV的低非輻射能量損失和20.25%的創(chuàng)紀(jì)錄效率。這項工作不僅指出了電荷轉(zhuǎn)移態(tài)無序?qū)σ种迫貞B(tài)激子形成和非輻射能量損失的重要作用，而且為提高有機(jī)太陽能電池性能提供了有價值的見解。

圖1. 光活性材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)及相關(guān)物理性質(zhì)

圖2. 光伏性能

圖3. 形態(tài)學(xué)特征

圖4. 能量損失分析

圖5. 三重態(tài)激子形成動力學(xué)

圖6. 能量無序表征及計算結(jié)果分布

文獻(xiàn)信息

Highly efficient organic solar cells enabled by suppressing triplet exciton formation and non-radiative recombination

Congqi Li, Guo Yao, Xiaobin Gu, Jikai Lv, Yuqi Hou, Qijie Lin, Na Yu, Misbah Sehar Abbasi, Xin Zhang, Jianqi Zhang, Zheng Tang, Qian Peng, Chunfeng Zhang, Yunhao Cai* & Hui Huang*