研究背景

近来，得益于新型有机半导体材料和器件工程的发展，体异质结聚合物太阳能电池领域取得了重大进展，能量转换效率已经达到 19%。双添加剂策略可以优化有源层相分离，被认为是一种能够有效提升聚合物太阳能电池性能的方法。准平面异质结有利于形成垂直相分离，可以提高电荷收集效率，而且给体层、受体层之间相互渗透将有利于激子的解离，进而制备出高效率准平面异质结聚合物太阳能电池。高效率准平面异质结聚合物太阳能电池的制备，为深入研究激子和载流子动力学过程提供了新机遇。

此工作选用 PNTB6-Cl 作为给体，Y6 作为受体，高沸点的 DPE 和低沸点的 DFB 分别作为给受体添加剂，制备高效率聚合物太阳能电池。通过表征有/无添加剂的器件的光伏参数，探究添加剂对器件性能的影响。添加剂的引入同时提升了器件的 J_SC、V_OC、FF，LbL-PSCs 的 PCE 从 16.38% 提升到 17.53%。研究表明：通过加入添加剂，器件的激子解离效率和电荷收集效率被提升，电荷复合被抑制，电子和空穴迁移率增加，电荷传输更加平衡。通过 PL {attr}3228{/attr}可以得出，LbL 膜的 PL 发射被有效淬灭，而且加入添加剂后激子解离效率更高。PNTB6-Cl 的 PL 光谱与 Y6 的吸收光谱有重叠，表明 PNTB6-Cl 会转移能量到 Y6。为了研究添加剂对形貌的影响，通过原子力显微镜 (AFM) 对是否加入添加剂的给体层和受体层以及活性层进行表征，结果表明加入添加剂后薄膜 RMS 增加，这有利于增大给受体界面而提高激子解离效率。通过掠入射广角 X 射线衍射 (GIWAXS) 对是否加入添加剂的给体层和受体层进行表征, 结果表明加入添加剂后薄膜的结晶度增加，face-on 分子排布更有序，更有利于电荷传输。

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Achieving 17.5% efficiency of polymer solar cells via donor and acceptor layered optimization strategy
Wenjing Xu（徐文婧，北京交通大学）, Xiong Li,*（李熊，北京工商大学） Sang Young Jeong, Jae Hoon Son, Zhengji Zhou,* Qiuju Jiang, Han Young Woo, Qinghe Wu, Xixiang Zhu, Xiaoling Ma, Fujun Zhang*(张福俊，北京交通大学)
J. Mater. Chem. C, 2022
http://doi.org/10.1039/D2TC00024E

张福俊 教授/博导

北京交通大学

李熊 副教授/硕导

北京工商大学

周正基 副教授/博导

河南大学