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体球网:郝晓涛课题组在大厚度有机太阳能电池物理机制研究中取得新进展

发布日期:2018-11-02   点击量:

  体异质结有机太阳能电池因其成本低、柔性、半透明、可卷对卷溶液加工等优越的性能而备受关注。截至目前,通过有机分子设计、高效加工流程、界面工程以及创新器件结构等方法,促使单结有机太阳电池的能量转换效率接近15%,串联有机太阳电池的能量转换效率高达17%。但由于较低的载流子迁移率、不平衡的电荷传输和严重的双分子重组造成了开路电压和填充因子的损失,大多数有机太阳能电池的光活性层仍局限在80-120纳米,这对光活性层吸收更多光子和实施卷对卷工艺造成了严峻的挑战。如何有效地调控大厚度有机太阳能电池中的迁移率和相分离来提高载流子迁移率和降低双分子复合进而减小开路电压以及填充因子的损耗,是该领域的研究热点和难点。

  近日,郝晓涛课题组利用氧化石墨烯与共轭聚合物PTB7共轭(sp2 杂化)区域之间的范德瓦尔斯力(π-π 堆积)发展了一种功能化氧化石墨烯(P-GO),通过分子间作用力(主要为范德瓦尔斯力)和电荷转移等手段可有效调控体异质结活性层的相分离和电荷传输特性。将P-GO掺杂于光活性层(PTB7:PC71BM)中,它可有效促进激子分离、增大空穴迁移率、平衡电荷传输、降低双分子复合,从而获得稳定性高的填充因子和开路电压,比起本征大厚度(250 纳米)有机太阳电池,其能量转换效率提升34%。此项研究为制备高性能有机太阳能电池器件提供了新思路。

  相关研究成果以“Functionalized Graphene Oxide Enables a High-Performance Bulk Heterojunction Organic Solar Cell with a Thick Active Layer”为题发表在《The Journal of Physical Chemistry Letters》(影响因子为8.709)(J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 21, 6238-6248; DOI:10.1021/acs.jpclett.8b02701)上,并被选为该期刊的辅封面。《The Journal of Physical Chemistry Letters》是中科院SCI期刊分区中小类学科原子、分子和化学物理的一区期刊,长期入选自然指数(Nature Index)期刊榜单。论文第一作者是体球网2016级硕士研究生吕承锟,体球网为第一完成单位,通讯作者为郝晓涛教授。


  相关研究工作得到了国家自然科学基金委员会、晶体材料国家重点实验室和体球网基本科研业务费等的科研项目大力支持。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpclett.8b02701


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