理解多尺度形貌中的共混相结构以制备高性能光伏电池

摘要

将PC_(71)BM引入J51∶N2200和PM6∶Y6两个典型的有机光伏系统中,研究了共混相的性质.研究结果表明,共混相中的激子离解和载流子传输过程是影响器件光电转换效率的关键.在J51∶N2200∶PC_(71)BM共混薄膜中,PC_(71)BM在共混相内的聚集会引入能量势垒抑制空穴转移过程.同时,双纤维网络之间间隙的扩大限制了解离后的电子和空穴在共混区内的有效扩散,从而导致较为严重的复合和能量损失.而在PM6∶Y6∶PC_(71)BM共混薄膜中,引入的PC_(71)BM分子均匀分布在共混相中,并能与PM6和Y6分子较好地混合.同时,PC_(71)BM的加入不会干扰Y6到PM6的空穴转移,并增强了共混相的双极性传输特性.这种形貌非常有优势,其中存在大量的给受体界面,且产生的电子和空穴可以迅速扩散,并在晶相中高速传输至电极.该结果揭示了在多尺度形貌调控中共混相结构的重要性,是下一阶段有机太阳能电池效率超过20%需要重点考虑的问题.