上交大劉烽Joule：效率達20.8%的有機太陽能電池！

發表時間：2024-08-30 16:49

有機半導體材料的發展顯著提高了有機太陽能電池(OSCs)的功率轉換效率(PCE)，目前已超過20%。為了進一步提高性能，關鍵是要控制相分離形態的細節，降低相分離規模，提高相區連續性，使光電轉換過程中的結構參數與激子擴散和載流子遷移率一致。

在這篇文章中，上海交通大學劉烽、朱磊等人通過添加劑輔助逐層(LBL)沉積，使有機太陽能電池實現了具有bulk p-i-n特性和適當垂直分離的活性層形態。此外，該策略還通過在活性層上產生皺樣形態表面來增強光捕獲。*終，以該方式制造的小面積(5.2mm2)和微型組件(17.6cm2)設備分別實現了20.8%和17.0%的優秀效率，突出其在OSC應用中的潛力。

研究成果

添加劑輔助LBL制備優化了有機太陽能電池形態和穩定性
bulk p-i-n結構和垂直分離優化了激子和載流子擴散
皺樣形態增強了活性層的光捕獲
小面積及微型組件設備的PCE分別達到20.8%和17.0%

主要內容

在有機太陽能電池(OSCs)中，添加劑輔助逐層(LBL)沉積提供了具有bulk p-i-n特征和適當垂直分離的互穿纖維網活性層形態。這種方法捕獲了材料相互作用和結晶之間的平衡，將特征長度尺度鎖定在幾十納米，以適應激子和載流子擴散，減少復合損失。另一方面，由于Marangoni-Bénard不穩定性和旋涂過程中徑向流動而產生的皺態與反射背電極耦合，引起漫反射，從而增強了光捕獲能力。

在適當的垂直分離下，納米到微米的分層形態實現了高功率轉換效率(PCE)，小面積設備為20.8%，微型組件設備為17.0%。新的處理方法和產生的3D形態更適合運行中的光子和載流子動力學，因此器件運行穩定性得到了顯著提高，這為實用的有機光伏技術提供了一種可行的策略。

文獻信息

Achieving 20.8% organic solar cells via additive-assisted layer-by-layer fabrication with bulk p-i-n structure and improved optical management

Lei Zhu*, Ming Zhang, Guanqing Zhou, Zaiyu Wang, Wenkai Zhong, Jiaxin Zhuang, Zichun Zhou, Xingyu Gao, Lixuan Kan, Bonan Hao, Fei Han, Rui Zeng, Xiaonan Xue, Shengjie Xu, Hao Jing, Biao Xiao, Haiming Zhu, Yongming Zhang, Feng Liu*

https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(24)00355-6