導語：研究人員利用具有3D分子結構的星形受體分子TF1作為第三組分新增到基於PM6:Y6的二元體系中，從而製備了相應的高效能三元器件，準平面異質結器件效率高達17%。江西師範大學陳義旺團隊EES:星形受體分子實現高效穩定三元有機太陽能電池
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1.前言回顧
透過在二元共混膜中加入第三組分的三元策略已被證明是提高有機太陽能電池（OSCs）效能的一種非常有效的方法。雖然很多工作提高了器件的效能，但解決相關受體如Y6的過度聚集和器件形態的長期不穩定性等問題仍然有一定挑戰，特別是如何選擇合適的第三組分。與給體或受體結構相似的線性共軛分子相比，具有三維幾何結構的星形分子也許是更好的選擇。星形分子不僅具有高電子遷移率和各向同性電荷轉移特性的優點，還可以有效抑制強晶體分子的過度聚集，從而進一步提高器件效能和穩定性。
圖1.分子結構與相關性質
2.文獻簡介
基於上述的因素，近日，江西師範大學陳義旺教授研究團隊在最新發表的工作中，利用具有3D分子結構的星形受體分子TF1作為第三組分新增到基於PM6:Y6的二元體系中，從而製備了相應的高效能三元器件。研究結果顯示，TF1純膜的吸收與二元PM6:Y6的吸收相互補，從而有利於提高短路電流密度（JSC）。並且TF1的LUMO能級遠高於Y6，這就為獲得更高的開路電壓（VOC）提供了有效保證。此外，由於TF1獨特的3D結構骨架具有較大的空間位阻，同時與Y6表現出良好的相容性，因此可以有效抑制Y6在成膜過程中形成過度聚集。
圖2.EQE與EL資料表徵
研究還顯示，最佳化後的三元OSCs器件的PCE提高到了16.67%，VOC為0.870 V，遠高於二元器件（PCE=15.62%，VOC=0.845 V）。更重要的是，研究人員進一步製備出的偽平面異質結（PPHJ）三元OSCs器件PCE高達17%，是迄今為止PPHJ器件報道的最高值之一，而且穩定性更高。他們還首次使用飛秒瞬態吸收（fs-TA）光譜和熒光壽命成像技術相結合的方法來證實PPHJ三元器件薄膜中激子的解離效率更高，擴散長度更長，從而解釋了PPHJ器件表現出最佳光伏效能的原因。
圖3.瞬態吸收光譜與熒光壽命成像
3.文獻總結
綜上，該工作不僅製備了高效能的三元OSCs器件，同時也表明星形分子在進一步提高OSCs的效能和穩定性方面所具有的重要作用。相關研究成果現已發表在國際頂級能源期刊《Energy & Environmental Science》上，題為Inhibiting Excessive Molecular Aggregation to Achieve Highly Efficient and Stabilized Organic Solar Cells by Introducing Star-Shaped Nitrogen Heterocyclic-Ring Acceptor。
本文關鍵詞：有機太陽能電池，三元器件，星形分子，分子聚集，形貌調節，器件穩定性。
4.材料推薦
PM6：1802013-83-7
Y6：2304444-49-1
BDTTh26F-2Sn：1514905-25-9
BTP26C11-2CHO：2304444-53-7
