高效率有机光伏电池中的激子解离驱动力与材料设计

【作者】 姚惠峰； 侯剑辉；

【机构】 中国科学院化学研究所；

【摘要】 最近几年来,聚合物太阳能电池的光伏效率得到稳步而快速的提升,目前已经达到14%以上。[1-3]光伏活性层中的电子给体和受体材料对于推动光伏效率的提升起到了至关重要的作用。我们以苯并二噻吩(BDT)类聚合物为基础,以提升光伏效率为主线,深入研究了此类重要电子给体材料的分子设计方法;基于该类给体材料,我们分别采用经典富勒烯受体(PCBM)和新近发展的非富勒烯受体为电子受体(NF-A),研究了活性层形貌调控方法和非富勒烯受体设计策略。[4]传统的以给体-受体间分子能级差异为激子解离驱动力的原理已经无法解释此类高效率器件中的光电转换过程。近期,我们采用量化计算对多种给体与受体分子的表面静电势(ESP)进行了系统分析,发现给体材料具有较低的ESP,而受体分子具有较高的ESP,当给体与受体之间形成有效的pi-pi堆叠时,给体与受体之间将会形成分子间静电场(IEF),我们提出IEF在激子解离过程中起到至关重要的作用。[4]在本报告中,我们将在介绍近期在高效率有机光伏材料设计方法的基础上,着重介绍IEF驱动激子解离的基本原理,恳请得到大家的批评指正。更多还原