双层有机太阳能电池的研究进展

【作者】 徐春雨； 张福俊；

【机构】 北京交通大学光电子技术研究所；

【摘要】 最近,通过顺序沉积给受体制备的双层有机太阳能电池得到了快速的发展。我们以小分子MF1为第三组分,研究了其分别在基于PM6:N3的体异质结和双层有机太阳能电池性能提升方面的作用。当在受体中掺杂15 wt%的MF1时,体异质结和双层器件的能量转换效率(PCE)分别从16.04%和15.93%提升至16.76%和16.75%。体异质结和双层器件PCE提升的主要原因均为第三组分MF1的掺入优化了有源层的相分离,使得器件的填充因子得到了显著的提升。为了提升双层有机太阳能电池的性能,我们还采用分层优化的策略。以PNTB6-Cl为给体、BTP-4F-12为受体制备双层器件,分别在氯苯溶解的PNTB6-Cl溶液和氯仿溶解的BTP-4F-12溶液中掺入DPE和DIO添加剂,诱导PNTB6-Cl和BTP-4F-12形成更加有序的分子取向,有利于促进电荷传输和抑制电荷复合。DIO的掺入还显著增加了BTP-4F-12分子的结晶,这将促进激子的扩散。最优双层器件获得了17.81%的PCE。基于我们提出的宽带隙窄吸收的给体材料甄选策略,我们选择具有窄吸收半高宽的宽带隙聚合物D18为给体、具有近红外吸收的窄带隙小分子N3为受体制备半透明双层有机太阳能电池。基于宽带隙D18与窄带隙N3的有机太阳能电池能够获得相对高的开路电压,D18窄的吸收半高宽使其在可见光波段有较少的光子收集,有利于提升半透明器件的可见光透过率。通过调控D18层的厚度来优化有源层在可见光波段的光子收集,制备了一系列不透明双层器件。最优器件获得了15.75%的PCE,相应的D18/N3薄膜获得了52.06%的平均可见光透过率(AVT)。基于最优的不透明器件,将1 nm金/(10, 15, 20 nm)银作为顶电极制备半透明双层器件。当银层的厚度为10 nm时,半透明双层器件获得了最大的光子利用效率(LUE)2.87%,12.58%的PCE和22.81%的AVT。更多还原