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长春应化所韩艳春&张强等：利用固体添加剂控制有机太阳能电池成膜和热退火过程中给体和受体的结晶

文摘   科学   2024-12-16 09:18   北京  

调控活性层具有足够高的结晶度并形成合适的垂直相分离是优化有机太阳能电池（OSCs）性能的关键。然而，精细调控活性层的结晶度以避免过度聚集仍然是一项挑战。

近日，中国科学院长春应用化学研究所韩艳春研究员和张强研究员等人在Science China Materials发表研究论文，提出了一个新策略，通过一种平面性和挥发性极佳的固体添加剂（OIB）来延长PM6和L8-BO的结晶时间。

本文要点

1) OIB的加入使PM6和L8-BO的结晶时间显著延长，即在薄膜形成过程中从0.1 s延长到0.15 s。在热退火过程中，L8-BO的分子运动时间也从4 s显著增加到11 s。
2) OIB的加入减小了PM6和L8-BO的π-π堆叠距离，使活性层中的分子堆积更加有序。此外，OIB的加入还能改善PM6分子的排列，增加其face-on取向的含量，促进L8-BO的运动，从而形成合适的垂直相分离。
3) 经过OIB优化的器件具有更强的电荷传输能力，抑制了双分子复合，从而将功率转换效率从17.23%提高到了18.58%。
Figure 1. (a) Chemical structures of donor PM6, acceptor L8-BO and OIB. (b) TGA curves of OIB under a heating rate of 2°C min–1. (c) FT-IR spectra of PM6, L8-BO, OIB, PM6:L8-BO and PM6:L8-BO films processed with OIB before and after thermal annealing. (d) Normalized absorption spectra of PM6 and L8-BO films without and with OIB.
Figure 2. (a) Device structure used in this work. (b) J-V characteristics of PM6:L8-BO-based devices processed without and with OIB solid additive. (c) Device performance parameter variation with different additive contents. (d) EQE curves of PM6:L8-BO-based devices processed without and with OIB solid additive. (e) μh and μe acquired from the single-carrier devices. (f) Characteristics of Jph versus Veff of PM6:L8-BO-based devices processed without and with OIB solid additive.
Figure 3. (a) Schematic diagram of 2D GIWAXS. (b) The 2D GIWAXS patterns; (c) the out-of-plane and the in-plane line-cut profiles; (d) d-spacing and CCL variation of the PM6 films, L8-BO films and PM6:L8-BO blend films processed without and with OIB.
Figure 4. (a) Schematic diagram of the working mechanism of OIB. Comparative charts on (b) morphologic parameters, and (c) performance parameters.

文章信息




Hanyue Gao, Luzhuo Li, Qiang Zhang, Yanchun Han. Controlling the crystallization of donor and acceptor of organic solar cells during the film-forming and thermal annealing processes by utilizing solid additive. Sci. China Mater. (2024).

https://doi.org/10.1007/s40843-024-3149-1


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