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郝晓涛团队揭示有机光伏缺陷态动力学机制

发布日期:2021-08-23   点击量:

近日,我院郝晓涛教授领导的有机光电子学团队在美国化学会期刊ACS Energy Letters (IF: 23.101)上发表了题为“Trap State Induced Recombination Effects on Indoor Organic Photovoltaic Cells” 的最新研究成果。博士生陈志豪为第一作者,郝晓涛教授、殷航教授为该论文的共同通讯作者,山东大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。

随着物理网产业及应用的飞速发展,室内分布式的电子元器件对离网能源提出了新的需求。有机光伏由于其良好的光谱适配协调性、可柔性卷曲、以及环境友好等特征,成为了室内光电转换应用的理想选择。然而在室内弱光环境下,光敏活性层产生的光生载流子密度较太阳光下大幅下降,载流子双分子复合效应显著抑制,而活性层中缺陷态导致的电荷复合占据了主导地位,并直接决定器件光生电流的产生进而影响光电转换效率。阐明缺陷态的产生机制,理解缺陷复合的光依赖物理动力学,对进一步提室内有机光伏电池的器件性能有着重要意义。

在此工作中,郝晓涛团队阐明了有机光伏异质结中电荷复合在不同光照环境下动力学机制及缺陷态产生机理。通过飞秒瞬态吸收光谱,定量计算了光通量依赖的复合速率,确定了缺陷复合占比与光照强度的负相关关系。借助卤化取代的聚合物给体系列PBDB-TPBDB-TFPBDB-TCl搭配宽带隙非富勒烯受体BTA3,证明了活性层中缺陷来源于分子激发态能级分布的无序效应。在低能量无序度的体系中,缺陷态能级分布更浅,载流子的缺陷复合速率得到抑制,器件非辐射复合能量损失进降低,进而促进了室内光环境下器件的光电转换效率。该工作为有机光伏中的缺陷效应及光物理动力学研究供了新的视角,为有机光伏材料设计以及室内光器件的构筑提供了新的研究策略。

本研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金重大基础研究项目、以及澳大利亚卓越激子科学中心等的资助与大力支持。

论文连接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01336


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