我国可溶性有机小分子太阳能电池研究获进展

我国可溶性有机小分子太阳能电池研究获进展

中国科学院国家纳米科学中心和西安交通大学的研究人员合作，设计并合成了可溶性有机小分子光伏材料，通过活性层形貌优化，获得了11.3%的光电转换效率，达到了可溶性有机小分子太阳能电池的最高效率。

研究人员通过改变可溶性小分子端基受体中氟原子的个数，实现了能级调控和减少能量损失的协同优化：氟化端基有利于降低材料的HOMO（最高已占有分子轨道）能级和光学带隙，也可降低与富勒烯受体的相容性和材料的表面能。氟化端基可诱导材料在水平方向上呈多级次相尺寸分布，即同时存在相纯度高且利于电荷传输的大尺寸颗粒（约100nm）及增加给受体界面面积且利于电荷分离的小尺寸颗粒（约15nm）。这种多级次相尺寸分布使电荷分离和传输更趋于平衡，减少了电荷的复合，从而减少了能量损失。在垂直方向上，氟化端基提高了表面给体材料的富集程度，在正极表面形成了电子阻挡层，进一步减少了能量损失，实现了器件效率的提升。基于此，研究人员提出了反向器件活性层的理想形貌模型，即在水平上形成多尺度纳米组装结构，在垂直方向上形成有利于电荷收集的垂直相分布。

该项研究工作深入阐述了高效光伏材料的分子设计、形貌调控和器件性能之间的内在关系，对高效率有机光伏材料的设计具有重要的借鉴意义。 (科 苑)