近日,電子科技大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院、電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于軍勝教授團(tuán)隊(duì)與現(xiàn)任職于紐約大學(xué)的André D. Taylor教授團(tuán)隊(duì)合作,在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《今日材料》(Materials Today,影響因子:21.695)上發(fā)表題為“A highly efficient polymer non-fullerene organic solar cell enhanced by introducing a small molecule as a crystallizing-agent”(通過(guò)引進(jìn)一種小分子結(jié)晶助劑增強(qiáng)了非富勒烯聚合物太陽(yáng)能電池的性能)的研究論文。英才實(shí)驗(yàn)學(xué)院首屆畢業(yè)生、2017年度“成電杰出研究生”鄭毅帆為該論文的第一作者,于軍勝和André D. Taylor為共同通訊作者,電子科技大學(xué)、電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為排名第一的署名單位。
聚合物非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)(左上)、光伏性能(左下)和作用機(jī)理(右)
研究團(tuán)隊(duì)首次提出在光活性層薄膜中摻雜“結(jié)晶助劑”(Crystallizing-agent),精確地調(diào)控了薄膜形貌與結(jié)晶度,成功實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換效率為10.86%的非富勒烯有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池,是當(dāng)時(shí)文獻(xiàn)報(bào)道的三元摻雜非富勒烯太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的世界最高紀(jì)錄(Materials Today, 2018, 21, 79-87)。研究者首次引入方酸小分子作為“結(jié)晶助劑”,通過(guò)增強(qiáng)薄膜內(nèi)部面外方向的分子鏈排序以提升薄膜的自組裝與結(jié)晶性,大幅度地提高了有機(jī)半導(dǎo)體光電薄膜材料的載流子遷移率;同時(shí),針對(duì)在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ姆歉焕障┎牧媳旧泶嬖诘奈锢、化學(xué)缺陷的瓶頸性難題,創(chuàng)新性地采用溶劑添加劑對(duì)方酸小分子提供精確的調(diào)控與定位,促使其與非富勒烯材料之間形成緊密、高效的共混結(jié)晶,實(shí)現(xiàn)了具有高電荷遷移率和高填充因子特性的三元摻雜非富勒烯太陽(yáng)能光伏器件,短路電流密度為17.3 mA cm-2,開(kāi)路電壓為0.89V,填充因子為0.68,能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了10.51%(最高能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)10.86%)。該工作為實(shí)現(xiàn)有機(jī)半導(dǎo)體光電薄膜形貌的精確調(diào)控、寬光譜響應(yīng)、高效率的聚合物太陽(yáng)能電池開(kāi)辟了一個(gè)新途徑,對(duì)有機(jī)光伏領(lǐng)域的發(fā)展將起到積極的引領(lǐng)作用。
論文的器件設(shè)計(jì)、制作與性能優(yōu)化等大部分工作在電子科技大學(xué)完成,部分的表征與測(cè)試工作在美國(guó)耶魯大學(xué)、西北大學(xué)完成。該工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體(資助排名第一)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國(guó)家留學(xué)基金、美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金、美國(guó)能源部、四川省科技廳國(guó)際合作課題等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702117304935
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