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小分子材料由于具有明確的分子結(jié)構(gòu)，易于純化和形態(tài)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注，其在制造高效溶液處理的有機(jī)太陽能電池的應(yīng)用有著巨大潛力。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，北京交通大學(xué)張?？〗淌诤凸鹆蛛娮涌萍即髮W(xué)張堅(jiān)教授及國(guó)家納米中心的劉新風(fēng)研究員（共同通訊）等人在二元SMSCs基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，選擇小分子DIB-SQ作為制備三元SMSCs的第三組分。在給體中具有6wt％DIB-SQ的三元SMSCs獲得了10.3％的功率轉(zhuǎn)換效率。由于短電流密度（JSC）明顯增加到15.44mA/cm2，填充因子（FF）增加到73.8％，PCE達(dá)到了10％左右。DIB-SQ的主要貢獻(xiàn)可以概括為在長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)增強(qiáng)光子收集和優(yōu)化相分離。并報(bào)道了利用截止濾光片擇光的方法，研究了三元體系中載流子輸運(yùn)的動(dòng)力學(xué)過程，相關(guān)內(nèi)容以題為“Ternary Small Molecule Solar Cells Exhibiting Power Conversion Efficiency of 10.3%”發(fā)表在了Nano Energy上。本文的第一作者為張苗博士和王健博士。

【導(dǎo)讀】

1 材料的器件結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)示意圖及吸收光譜

Nano Energy：三元小分子太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.3％

（a）參考太陽光輻射光譜，純DIB-SQ膜和混合物BTR：PC 71 BM膜的吸收光譜

（b）材料的器件結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)示意圖

2 SMSCs的J-V特性等分析

Nano Energy：三元小分子太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.3％

（a）所有SMSCs的J-V特性

（b）參考SMSCs和優(yōu)化的三元SMSCs的PCE計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)直方圖，擬合曲線表示PCE正態(tài)分布

（c）所有SMSCs的EQE光譜

（d）具有不同DIB-SQ含量的共混膜的吸收光譜

3 TRPL光、PL光譜分析

Nano Energy：三元小分子太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.3％

（a）通過監(jiān)測(cè)700nm光發(fā)射的BTR，DIB-SQ膜和具有6wt％或15wt％DIB-SQ的BTR： DIB-SQ共混膜的TRPL光譜

（b）DIB-SQ薄膜的吸收光譜和純BTR薄膜的PL光譜

（c）在580nm光激發(fā)下，BTR膜、DIB-SQ膜和具有不同DIB-SQ含量的共混膜BTR：DIB-SQ的PL光譜

（d）在550nm光激發(fā)下，BTR，DIB-SQ溶液和具有不同DIB-SQ體積比的共混物BTR：DIB-SQ溶液的PL光譜

4 三元共混膜

Nano Energy：三元小分子太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.3％

參考BTR的（a）OOP和（b）的IP線切割：PC71 BM膜和具有6wt％或15wt％DIB-SQ的三元共混膜

5 具有不同DIB-SQ含量共混膜的TEM圖像

Nano Energy：三元小分子太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.3％

6 在暗處的（d3/V2） - （V/d）0.5特性

Nano Energy：三元小分子太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.3％

分別具有0wt％，6wt％，9wt％和100wt％DIB-SQ的（a）僅孔和（b）僅電子器件裝置在暗處的（d3/V2） - （V/d）0.5特性

7 J-V特性曲線等分析

Nano Energy：三元小分子太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.3％

（a）參考SMSCs的J-V特性曲線

（b）使用一組中性濾光器在100mW / cm2照明下獲得的不同光強(qiáng)度的優(yōu)化三元SMSCs

（c）JSC和VOC對(duì)SMSCs和優(yōu)化的三元SMSCs光強(qiáng)度的依賴性

（d）所有SMSCs的Jph -Veff特性曲線

8 三元活性層示意圖

Nano Energy：三元小分子太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.3％

（a）三元活性層示意圖

（b）使用材料的能級(jí)

9 二元和三元SMSC在670 nm截止濾光片覆蓋下的J-V曲線及EQE光譜分析

Nano Energy：三元小分子太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.3％

（a）在標(biāo)準(zhǔn)光源下用670nm截止濾光片覆蓋的二元和三元SMSCs的J-V曲線

（b）用670 nm截止濾光片覆蓋的所有SMSCs的相應(yīng)EQE光譜，插圖是截止濾光片的透射光譜

10 瞬態(tài)吸收光譜（TAS）

Nano Energy：三元小分子太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.3％

（a）供體中二元BTR：PC71 BM，（b）DIB-SQ：PC71 BM和（c）具有15wt％ DIB-SQ的三元BTR：DIB-SQ：PC71 BM混合膜瞬時(shí)吸收光譜（TAS）

（d）二元BTR：PC71 BM共混膜和具有15wt％ DIB-SQ的三元BTR：DIB-SQ：PC71 BM混合膜在供體中的瞬態(tài)吸收動(dòng)力學(xué)分析

11 三元SMSCs的穩(wěn)定性分析

Nano Energy：三元小分子太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.3％

條件分別為沒有任何封裝存儲(chǔ)在空氣中，高純N2填充的手套式操作箱在有/無80°C連續(xù)加熱

【總結(jié)】

眾所周知，形態(tài)優(yōu)化對(duì)于獲得高效的SMSCs是很大的挑戰(zhàn)。本研究成果將基于BTR為給體的小分子太陽能電池（SMSCs）的功率轉(zhuǎn)換效率提高到了10.3%，證明三元策略是提高小分子太陽能電池（SMSCs）性能的有效方法。