【引言】

最近幾年，三元策略已被證明是一個有效的策略去提升有機太陽能電池的性能。目前，第三組分普遍的選擇準則是與二元主體系有著互補的吸收光譜，以促進三元活性層對光子的捕獲。我們提出了一個新的策略去選擇第三組分制備高效率三元非富勒烯太陽能電池：基于兩個二元子電池具有互補的光電參數。

【成果簡介】

近日，北京交通大學張福俊課題組報道了一種新的策略去制備三元非富勒烯太陽能電池。在這個工作中，非富勒烯電池被制備使用聚合物J71為給體材料，兩個帶隙幾乎相同的小分子IT-M、ITIC 為受體材料。盡管兩個受體材料有著幾乎相同的帶隙，但所制備的兩個二元電池的光電參數有著較大差別。三元電池良好的繼承了兩個二元子電池的優點，PCE由10.68%提升至11.60%。相關內容以題為“Ternary Non-fullerene PSCs with PCE of 11.6% by Inheriting the Advantages of Binary Cells”發表在了ACS Energy Letters上。本文的第一作者為碩士生胡拯豪。

【圖文導讀】

圖1. TOC圖

圖2. 非富勒烯有機太陽能電池器件結構和材料特性

(a) 器件結構;

(b) 材料的分子式;

(c) J71、IT-M和 ITIC 薄膜的標準化紫外-可見吸收光譜圖;

(d) 材料的能級。

圖3. 最優二元和三元有機太陽能電池器件光電性質表征

(a)100 mW cm-2 光照下最優二元和三元有機太陽能電池器件的電流強度-電壓曲線;

(b)最優二元和三元有機太陽能電池器件的外量子效率;

(c)不同ITIC含量器件薄膜的吸收光譜圖(插圖為IT-M，ITIC薄膜的吸收系數);

(d)最優二元和三元有機太陽能電池器件的光電流密度-有效電壓曲線。

圖4. 最優二元和三元有機太陽能電池器件薄膜的光電性能

(a)不同光照強度下最優二元和三元有機太陽能電池器件的短路電流強度結果及短路電流強度-光照強度線性擬合結果;

(b)不同光照強度下最優二元和三元有機太陽能電池器件的開路電壓結果及開路電壓-光照強度線性擬合結果;

(c)最優二元和三元器件的空穴遷移率;

(d)最優二元和三元器件的電子遷移率。

【總結】

該策略以兩個二元子電池具有互補的光電參數為選擇準則，所制備的三元電池繼承了兩個二元子電池的優點，其PCE提升近1個百分點。該策略的提出打破了傳統三元電池第三組分的選擇以吸收光譜互補為首要準則的思想，有利于三元電池的進一步發展。