苏大张茂杰团队JMCA:高效三元有机太阳能电池具有低非辐射能量损失和高稳定性

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前言回顾

作为一种非常有前景的可再生能源技术，有机太阳能电池（OSCs）凭借其众多优势如成本低、重量轻、溶液可加工性、灵活性、透明性等引起了人们的广泛关注。得益于材料设计、形态优化和器件工程的共同改进，单结和串联OSCs的光电转换效率（PCE）分别提高到18%和20%以上。通过引入第三种组分，三元OSCs在进一步提高器件性能方面显示出巨大潜力，其不仅具有高效的太阳能收集能力，而且器件结构简单。事实上，各种非富勒烯受体（NFAs）和给体材料为构建三元器件提供了更多可能性。迄今为止，大多数高效OSCs都是以一个额外的受体作为第三组分，因此，该类受体的合理选择对三元器件性能的提高起着关键性作用。通常，需要其具有与主体混合物互补的吸收光谱，以确保充足的阳光收集，从而实现高短路电流密度（JSC）。其次，与二元体系形成级联能级对于三元混合物中的有效激子离解和电荷传输是非常必要的。最后，与主体受体形成良好的混合相有助于抑制电荷复合并减少非辐射能量损失。

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文献简介

基于上述的因素，近日，苏州大学张茂杰教授研究团队通过将受体分子MOIT-M引入到PM6:BTP-eC9的二元体系中，从而构建出高性能的三元OSCs。研究结果显示，MOIT-M与PM6:BTP-eC9混合物具有互补吸收，并且其LUMO能级相对于BTP-eC9上移，这有助于同时提高三元器件的JSC和开路电压（VOC）。MOIT-M与BTP-eC9具有良好的相容性，三元共混物中形成了双受体相，这种改进的分子堆积和良好的活性层形态，有利于实现更平衡的载流子迁移率，同时电荷复合受到抑制。此外，三元器件中实现了较高的电致发光量子效率和较低的非辐射能量损失，从而提高了VOC。

结果表明，优化后的基于PM6:BTP-eC9:MOIT-M的三元器件PCE显著提高到18.5%，同时VOC提高到0.87 V，JSC提高到27.4 mA cm-2，填充因子（FF）提高到77.3%，而基于PM6:BTP-eC9的二元对照器件PCE为17.4%，VOC为0.84 V，JSC为27.0 mA cm-2，FF为76.1%。另一方面，三元器件的非辐射能量损失较低为0.21 eV，比基于PM6:BTP-eC9的二元器件小30 meV。此外，三元器件还表现出更强的存储稳定性。这些结果显示了该三元体系在制备稳定的高性能OSCs方面的巨大潜力，有助于该领域的进一步发展。

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文献总结

综上，该工作为制备高性能三元OSCs器件提出了新的策略，相关研究成果最新发表于国际著名材料期刊《Journal of Materials Chemistry A》上，题为“Highly Efficient Ternary Solar Cells with Reduced Non-radiative Energy Loss and Enhanced Stability via Two Compatible Non-fullerene Acceptors”。

本文关键词：有机太阳能电池，三元器件，能量损失，稳定性。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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