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2022 Nano Energy:有机太阳能电池达18.33%效率! 如何利用分子掺杂效应?

二元有机太阳能电池中的n-掺杂光敏层

第一作者:李丹琴/保秦烨教授课题组

本文亮点

1、利用分子掺杂效应,将n型掺杂剂DMBI-BDZC引入明星二元PM6:Y6体系中,获得了填充因子为80.2%,能量转换效率为18.33%的有机太阳能电池;

2、低浓度n型电学掺杂,一方面能有效优化PM6:Y6 BHJ电子结构特性,另一方面促进激子解离和传输,抑制电荷复合损失;

3、DMBI-BDZC可有效改善活性层的表面形态,以减少电荷复合。

研究动机

  有机太阳能电池(OSC)通过分子掺杂可有效提高短路电流密度(Jsc)和填充因子(FF),降低器件非辐射复合能量损失,从而获得较高的功率转换效率(PCE)。相比于p型掺杂,n型掺杂在OSC中的研究比较少。此外,PM6:Y6体系因自由电荷可无障碍生成,且复合率低,而成为高性能明星二元体系。因此,利用n型掺杂以进一步提升PM6:Y6的器件性能具有很大的研究意义。

本文所用仪器

  • 光焱科技的太阳模拟光源AM 1.5 G(SS-F5–3A, Enlitech)系统

研究成果说明

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通讯作者简介

保秦烨,华东师范大学物理与电子科学学院,教授,博士生导师。瑞典林雪平大学(北雪平校区)有机电子实验室客座研究员,上海真空协会高级会员,美国材料协会会员,Advanced Materials等20余个国际期刊审稿人和仲裁人。长期致力于有机半导体表、界面物理,光电子能谱(UPS/XPS/IPES)与同步辐射(XAS)原位表征以及柔性有机光电器件 (有机光伏电池OPV,钙钛矿光伏电池PSC,有机发光二极管OLED)的研究。在 Joule、Adv. Mater.、Nature Commun.、Adv. Energy. Mater. 、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy等SCI期刊发表论文80余篇,被Nature、Nature Review Materials等引用3500余次,受邀撰写国际英文学术专著2章,学术报告50余次。主持国家自然科学基金面上、国际合作、青年、上海市科委、以及校光电子能谱平台(ARUPS/XPS/IPES)等项目,参与欧盟PF7、瑞典能源部、瑞典自然科学基金VR等项目。曾获国家海外优秀自费留学生奖(2014)、教育部自然科学二等奖(2017)、上海市青年科技启明星(2019)、华师大青年科学家奖(2020)、半导体学报Journal of Semiconductors青年编委(2020)、期刊SmartMat青年编委等荣誉。

本文关键词:n型掺杂、n-Doping of photoactive layer、有机太阳能电池、organic solar cell、太阳光模拟器、Solar Simulator、Sun Simulator

原文:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107133

 

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