Solar RRL:失衡因子-衡量有机光伏器件性能的新标准

有机太阳能电池是一种通过利用具有光敏性质的有机半导体作为活性层,实现将太阳能转化为电能的光伏器件。与目前已被广泛应用的硅基太阳能电池相比,有机光伏器件具有生产成本低,材料质量轻,透光性高,制备过程方便等诸多优势。目前,有机光伏器件主要分为肖特基器件,染料敏化器件与异质结器件(体异质结/双层异质结)三类。其中,体异质结器件将给受体材料混合旋涂,大大提高了给/受体界面接触面积,更有利于激子的分离与运输。最近,中科院化学所侯建辉教授研究团队成功制备了光电转换效率超过14%的高效能有机太阳能电池。

通常而言,体异质结的最优给受体比由器件性能决定。然而,热稳定性与器件寿命是制约有机光伏器件投入实际生产的关键制约因素之一。近期,香港浸会大学殷航博士,苏树江教授研究小组与山东大学毕鹏青,郝晓涛教授研究小组合作,首次提出失衡因子的概念,用于直观定量地反映体异质结光伏器件中的填充因子。简言之,失衡因子综合表征了光伏器件在整个电压扫描区间(开路电压-短路电流)中电子与空穴迁移率的偏离程度。场效应下的载流子迁移率通过电导电纳响应谱技术(AS)测量。与传统空间限电荷拟合(SCLC)相比,导纳谱技术可以直接测量不同外加电场下的电子/空穴迁移率,从而为失衡因子的计算提供原始测量数据。研究人员对三种已被广泛应用的体异质结系统,包括基于富勒烯受体的PTB7:PC71BM,与基于非富勒烯受体的PTB7-Th:ITIC,PBDB-T:ITIC,进行了深入的迁移率与器件性能研究。结果表明,当失衡因子达到最小值时,光伏器件可以得到最优的填充因子。

在低失衡因子器件的体异质结中,受体所占比重较高。通过该概念制备的富受体器件展现出良好的热稳定性与工作寿命。失衡因子概念的提出以及对器件稳定性的分析,为有机光伏太阳能电池的设计制备与实际生产提供了一种新思路。相关工作发表在Solar RRL(DOI:10.1002/solr.201700239)上。

Speak Your Mind

*