鑽石舞台

有機太陽能電池作為一種非常有前景的環境友好型發電器件，具有柔性、質量輕和半透明等優點。近年來，以ITIC和Y6為代表的稠環電子受體促進了該領域的變革性發展。為了在有機太陽能電池中實現高效率，光活性層應吸收足夠的光子以產生激子，而且這些激子必須快速擴散到給體和受體的界面，並有效地解離成自由載流子。所以高效的激子擴散和電荷輸運對提高有機太陽能電池的能量轉換效率起着至關重要的作用。基於Förster能量轉移理論，激子擴散長度和光致發光量子產率呈正相關關係，因此，可以通過提高光致發光量子產率來增加激子擴散長度。稠環電子受體表現出優異的激子擴散行為，其激子擴散係數比富勒烯受體高兩個數量級。然而，聚合物給體的激子擴散長度通常低於稠環電子受體。因此，增加聚合物給體的激子擴散長度有助於進一步提高器件效率。

北京大學材料學院占肖衛課題組提出了一種簡單的策略，利用強熒光含硼有機半導體BBS作為固體添加劑，同時增強了PM6:Y6基有機太陽能電池中的激子擴散和電荷輸運，提高了器件的能量轉換效率。

圖1. 太陽能電池J-V曲線和BBS結構式

作者利用強熒光含硼有機半導體BBS作為固體添加劑，同時增強了PM6:Y6基有機太陽能電池中的激子擴散和電荷輸運。BBS使熒光位點從更多的H型聚集轉變為更多的J型聚集，有利於聚合物給體PM6激子擴散的共振能量轉移和PM6向Y6的能量轉移。瞬態光柵超快光致發光光譜測量結果表明，BBS的加入提高了PM6:Y6:BBS薄膜中PM6的激子擴散係數和PM6激子的解離。瞬態吸收光譜測量證實了PM6:Y6:BBS中電荷產生更快。此外，BBS有助於改善Y6結晶性，電流傳感原子力顯微鏡表徵表明了PM6:Y6:BBS中載流子擴散長度的增加。基於PM6:Y6:BBS的器件由於激子擴散、激子解離、電荷產生和電荷輸運的增強，以及電荷複合和能量損失的減少，開路電壓、短路電流密度和填充因子同時獲得提高，能量轉換效率達17.6%，高於未使用BBS的對比器件（16.2%）。這項工作有助於進一步理解非富勒烯有機太陽能電池中的激子和電荷行為，為研製高性能有機太陽能電池提供了新思路。