科研新聞

工學院占肖衛課題組使用鈣鈦礦量子點“點亮”有機太陽能電池

2020-06-16

北京大學工學院占肖衛課題組將具有強吸收、強熒光、高載流子遷移率和高介電常數的鈣鈦礦量子點摻入有機太陽能電池中,降低了能量損失,提高了器件效率,相關工作發表在《先進材料》上(Adv. Mater., DOI:10.1002/adma.202002066,原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002066)。

2015年,占肖衛課題組提出了稠環電子受體的概念,發明了明星分子ITIC(Adv. Mater., 2015, 27, 1170–1174,Google Scholar引用1680次,入選2015年度“中國百篇最具影響國際學術論文”)。2018年,他們將稠環電子受體摻入鈣鈦礦太陽能電池中,提高了器件效率及穩定性(J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 14938?14944)。最近,他們將全無機鈣鈦礦CsPbI3量子點(PQD)摻入稠環電子受體有機太陽能電池中。PQD的引入可同時提高器件的開路電壓、短路電流密度和填充因子;基于PTB7-Th:FOIC的器件效率從11.6%提高到13.2%,而基于PM6:Y6的器件效率從15.4%提高到16.6%。值得一提的是,PQD的加入提高了電荷轉移態的能量,使得激子解離驅動力接近于0,有助于提高開路電壓。PQD的加入有助于階梯能級的形成和分子堆積有序性的增加,即便在接近零的驅動力下,PQD雜化器件中電荷產生仍然比沒有PQD的對比器件更有效,從而有助于提高短路電流密度。PQD的強熒光增強了活性層電致發光的外量子效率,從而可以減少因非輻射復合引起的電壓損失。PQD的高介電常數屏蔽了庫侖相互作用,從而可以減少電荷復合,有助于提高填充因子。此項工作為有效降低非富勒烯有機太陽能電池的能量損失和提高效率提供了一種新途徑。


基于PM6:Y6:PQD的太陽能電池J-V曲線以及PQD結構示意圖

占肖衛課題組訪問學者、青島大學王逸凡博士是論文的第一作者,王逸凡和占肖衛是共同通訊作者。合作者包括東華大學唐正課題組、香港中文大學路新慧課題組和華南理工大學黃飛課題組。

該工作得到國家自然科學基金委員會和北京大學加強基礎研究專項等的資助。

 

 

 
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