上交大刘烽Joule：效率达20.8%的有机太阳能电池！

2024-08-30

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有机半导体材料的发展显著提*了有机太阳能电池(OSCs)的功率转换效率(PCE)，目前已超过20%。为了进一步提*性能，关键是要控制相分离形态的细节，降低相分离规模，提*相区连续性，使光电转换过程中的结构参数与激子扩散和载流子迁移率一致。

在这篇文章中，上海交通大学刘烽、朱磊等人通过添加剂辅助逐层(LBL)沉积，使有机太阳能电池实现了具有bulk p-i-n特性和适当垂直分离的活性层形态。此外，该策略还通过在活性层上产生皱样形态表面来增强光捕获。*终，以该方式制造的小面积(5.2mm²)和微型组件(17.6cm²)设备分别实现了20.8%和17.0%的优秀效率，突出其在OSC应用中的潜力。

研究成果
  • 添加剂辅助LBL制备优化了有机太阳能电池形态和稳定性
  • bulk p-i-n结构和垂直分离优化了激子和载流子扩散
  • 皱样形态增强了活性层的光捕获
  • 小面积及微型组件设备的PCE分别达到20.8%和17.0%

主要内容

在有机太阳能电池(OSCs)中，添加剂辅助逐层(LBL)沉积提供了具有bulk p-i-n特征和适当垂直分离的互穿纤维网活性层形态。这种方法捕获了材料相互作用和结晶之间的平衡，将特征长度尺度锁定在几十纳米，以适应激子和载流子扩散，减少复合损失。另一方面，由于Marangoni-Bénard不稳定性和旋涂过程中径向流动而产生的皱态与反射背电极耦合，引起漫反射，从而增强了光捕获能力。
在适当的垂直分离下，纳米到微米的分层形态实现了*功率转换效率(PCE)，小面积设备为20.8%，微型组件设备为17.0%。新的处理方法和产生的3D形态更适合运行中的光子和载流子动力学，因此器件运行稳定性得到了显著提*，这为实用的有机光伏技术提供了一种可行的策略。
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文献信息
Achieving 20.8% organic solar cells via additive-assisted layer-by-layer fabrication with bulk p-i-n structure and improved optical management
Lei Zhu*, Ming Zhang, Guanqing Zhou, Zaiyu Wang, Wenkai Zhong,   Jiaxin Zhuang, Zichun Zhou, Xingyu Gao, Lixuan Kan, Bonan Hao, Fei Han, Rui Zeng, Xiaonan Xue, Shengjie Xu, Hao Jing, Biao Xiao, Haiming Zhu, Yongming Zhang, Feng Liu*
https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(24)00355-6
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