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非富勒烯体异质结有机太阳能电池的 N 掺杂增强了光生和激子离解
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-08-15 , DOI: 10.1039/d2ta05078a Jiaqi Xie 1 , Weihua Lin 2 , Guillermo C. Bazan 3 , Tõnu Pullerits 2 , Kaibo Zheng 2, 4 , Ziqi Liang 1
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-08-15 , DOI: 10.1039/d2ta05078a Jiaqi Xie 1 , Weihua Lin 2 , Guillermo C. Bazan 3 , Tõnu Pullerits 2 , Kaibo Zheng 2, 4 , Ziqi Liang 1
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非富勒烯有机太阳能电池中体异质结层的N型掺杂可以通过填充陷阱和优化电子路径来有效改善劣质电子传输,从而更好地平衡器件中的电荷传输。然而,这种机制提供了对更强的光产生、长寿命的激子以及同时增加的短路电流密度 ( J SC ) 和开路电压 ( V OC ) 的不完全理解,这些也受益于 n 型掺杂。在这里,我们研究了分子 n 型掺杂剂如何影响基于非富勒烯的共混物中的光学特性、分子间堆积行为、电荷载流子动力学和光伏性能。当加入原型 n 型掺杂剂时N -DMBI 加入基准 PM6:Y6 混合物中,促进了 PM6/Y6 的结晶,延长了晶体相干长度,这与光吸收增强有关。N掺杂通过扩张间隙、减少陷阱态和降低激子结合能来延缓供体/受体 (D/A) 界面和组成域内的萌发重组 (GR) 来延长激子寿命。尽管由于掺杂剂嵌入而在扩大的 D/A 间隙中的界面电荷转移较慢,但由于受阻的界面 GR,激子离解仍然非常有效。因此,冠军在最优N处反转单元格-DMBI 含量可提供 15.34% 的可观效率,这是最先进的基于 PM6:Y6 的类似二元电池中最高的。与未掺杂器件相比,这种改进主要归因于J SC(高达 26.41 mA cm -2)和V OC(高达 0.86 V)的同时增加。
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更新日期:2022-08-15
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