喜欢就关注我们吧，订阅更多最新消息 本公号文献全部由作者自解读，欢迎投稿！ 背景介绍 当今，随着物联网的飞速发展，室内光伏电池作为离网能源的研究逐步成为人们关注的焦点。其中，有机材料的吸收光谱能够很好地匹配室内光源的辐射光谱，因此，有机光伏电池是制备高效室内光伏器件的重要候选。在低光强的室内光源下，有机光伏器件表现出较低的短路电流密度。一般来说，增加活性层厚度能够最大化对光子的获取，从而产生更高的短路电流和光电转换效率。然而，在低载流子密度的情况下，缺陷态会逐渐主导电荷的复合，从而限制室内光伏器件中的光电流产生和光电转换效率的提高。 内容简介 近日，山东大学郝晓涛教授殷航教授及团队成员与河南师范大学合作发现利用5的绝缘聚合物聚苯乙烯（PS）稀释基于PBDBT：N2200全聚合物光伏体系的活性层能够实现兼备高填充因子（67）和低光电流损失的1微米厚室内有机光伏电池，并探究了PS稀释策略在超厚有机光伏器件中独特的作用（如图机制1）。该工作利用阻抗谱测试，拟合计算出了稀释前后光伏器件中缺陷态密度的变化。通过瞬态光谱技术探索了PS稀释后的激发态动力学和电荷传输过程。最后，关联了潜在的物理机制和相应的器件参数，系统地揭示了稀释策略对缺陷态变化、光物理机制和超厚器件性能的影响，为实现高效率大厚度室内光伏器件提供了有效可行的途径。 机制图15PS稀释的一微米厚室内有机光伏器件的光伏性能和缺陷态密度计算 图文导读 1。不同厚度下的有机光伏器件性能 在AM1。5光强下，虽然5PS的稀释提高了不同厚度下器件的填充因子，但光伏效率随厚度增加而降低的趋势并未得到有效的改善。对于发光二极管（LED）光源（1200，1000，500lux），当活性层厚度大于600nm时，未稀释的二元光伏器件的短路电流和效率开始降低，这主要由于超厚器件中的光电流损失。PS稀释策略有效提高了超厚器件中的短路电流，光伏效率也因此随着厚度的增加而增加（图1）。其中，1微米厚的稀释器件在1200lux的LED光源照射下得到了67。01的填充因子和的17。06的光伏效率。 图15PS稀释前后的有机光伏器件在（a）AM1。5光强下填充因子和光电转换效率与活性层厚度之间的关系，在（b）1200lux、（c）1000lux和（d）500luxLED光源下的JV曲线和（e）短路电流与厚度之间的关系，以及（f）在一微米活性层厚度下的外量子效率曲线。 2。缺陷态密度计算及激子动力学研究 结合阻抗谱的测试和定量的拟合计算，我们发现PS稀释策略降低了光伏体系内的缺陷态密度。不仅如此，通过对激子动力学及器件内解离率进行表征，发现PS稀释的光伏体系拥有更长的激子寿命（138。33ps），相应的1微米厚器件也展现出更高的解离率（79。71）。该结果表明PS稀释策略能够有效稀释光伏器件中的缺陷态密度，确保体异质结内产生更多的光生载流子。 图25PS稀释前后有机光伏器件的（a）阻抗谱测试和（b）时间分辨荧光光谱测试，其中Nt和t分别表示缺陷态密度和荧光寿命。（c）稀释策略对激子扩散影响的机制图。（d）5PS稀释前后超厚有机光伏器件的解离率测试，其中P（E，T）表示解离率。 3。稀释有机光伏体系中电荷转移的影响 利用超快瞬态吸收光谱技术，发现PS的稀释加快了全聚合物体系中畴内分子间极化子对的拆分，畴内分子间的极化子对主导着全聚合物体系内的空穴转移过程。因此，稀释后的光伏体系展现0。63ps的超快空穴转移过程（如图3），这要快于未稀释的二元光伏体系（1。03ps）。 图3（a）未稀释的二元光伏体系和（b）5PS稀释后的光伏体系的二维瞬态吸收光谱测试。（c）未稀释的二元光伏体系和（d）5PS稀释后的光伏体系在不同延迟时间下的瞬态吸收光谱。在（e）500nm和（f）640nm处探测的未稀释和稀释的光伏体系的动力学曲线。 4。稀释策略对电荷传输、复合的影响 通过一系列测试，发现稀释策略不仅提高了超厚器件中的电荷迁移率，同时抑制了缺陷态主导的电荷复合，说明5PS的稀释不仅提高了自由载流子在1微米厚活性层中的传输，同时抑制了缺陷态主导的电荷复合，这使得载流子能够在超厚的活性层中传输更长的距离。该现象主要源于被稀释体系中缺陷态密度的降低。在5PS稀释的光伏体系中，电荷转移、传输的加快以及缺陷态复合的降低提高了1微米活性层内光电流的产生，该现象可以从电容频率谱中直观看出。 图4（a）5PS稀释前后有机光伏器件的空穴和电子迁移率测试。（b）不同光强下，5PS稀释前后有机光伏器件开路电压的变化，其中参数n表示理想因子。（c）稀释策略对电荷传输影响的机制图。（d）未稀释和（e）5PS稀释的不同厚度的有机光伏器件在光照和暗态下的电容频率谱测试。（f）未稀释、5PS稀释和10PS稀释的N2200聚合物受体材料的掠入射广角X射线散射测试，其中参数Lc表示相干长度。 结论 文章采用5PS稀释策略在1微米厚室内有机光伏器件中实现了超过67的填充因子和较低的光电流损失，并对稀释器件中的缺陷态、超快光物理过程和电荷传输进行了系统的研究。研究发现，5PS稀释的光伏器件展现出比未稀释的二元器件更低的缺陷态密度。缺陷态密度的降低抑制了光生激子的淬灭，同时提高了激子的寿命，这意味着更长的激子扩散距离。另外，稀释策略加快了畴内分子间极化子对的解离以及空穴转移过程，带来了更多的光生载流子。不仅如此，稀释策略改善了1微米厚有机光伏器件中的电荷传输，抑制了缺陷态主导的电荷复合，使得更多的电荷可以在超厚的1微米活性层内传输更长的距离，表现出更高的光电流。该研究证明了稀释策略能够有效地抑制体异质结内的缺陷态，同时为超厚高效室内光伏电池的制备提供了新颖的角度。 欢迎关注我们，订阅更多最新消息 邃瞳科学云邃瞳科学云是一个百家争鸣的个性化学术传播平台。依托新媒体矩阵，小程序及APP等完整产品线，在开展专业性的学术活动的同时，还致力于科普教育和科学传播，更自由、重分享。格物致知，光被遐荒。MeetYourScience！
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