近日,香港理工大学李刚教授团队的AMR述评文章“Functional Third Components in Nonfullerene Acceptor-Based Ternary Organic Solar Cells”在线发表。应编辑部邀请,作者团队概述文章要点并进行展望,欢迎感兴趣的读者提问交流。
作者简介
香港理工大学
电子及资讯工程学系
李刚 教授
香港理工大学博士研究生
张颖 同学
李刚教授课题组合影
NO. 1
请您和大家介绍一下这篇account里的科研故事和缘由?
在这篇Account中,首先我们与研究进展相结合讨论了当前三元有机太阳能电池的工作机理, 包括电荷转移,能量转移两大主导的载流子动力学过程机理。我们特别强调了第三组分材料在非富勒烯有机活性层中的具体功能,包括(1)敏化吸收——第三组分在有效地利用更宽范围的太阳光谱和减少光子能量的量子损失吸收上的重要作用,尤其使用近红外的材料作为第三组分,有很大潜力进一步提高三元有源层的光电流;(2)形貌调控的机理与模型——虽然三元共混纳米结构是一个非常复杂的形貌而且很难进行定量研究,我们同时考虑光电活性层共混材料之间的本质特性(比如材料的电学性质和主/客体的相互作用,材料相容性),以此总结并且分类讨论了平行异质结和合金形貌两种主要形貌模型;(3)光伏电池能损调控的理解与方法——采用能量损失小的给体或受体作为第三组分,尤其是窄带隙的第三组分,可以有效降低三元有机太阳能电池的能量损失;另一方面,得益于合金形貌模型的开路电压Voc调控的优势,运用深HOMO能级的电子给体或是浅LUMO能级的受体材料作为第三组分可以提升Voc从而降低能量损失,而这一概念已被广泛应用到高效的三元有机太阳能电池;(4)第三组分作为形貌及器件稳定剂——从热力学的观点出发,有机共混异质结在纳米尺度维度上的形貌稳定性直接影响到有机太阳能电池器件的长期热稳定性和光照工作稳定性。但是在大部分的有机太阳能电池材料的体系组合中,给体-受体之间的相容性并不理想,导致给受体两相自发性的相分离,从而导致器件性能的衰减。基于这个问题,理性选择第三组分可以促进玻璃化纳米结构的形成从而有利于形貌的维稳性。在这篇Account的最后,我们分享了所面临的限制三元有机太阳能电池效率的进一步发展的的挑战性问题,并且展望了三元有机太阳能电池的发展前景,指出三元有机太阳能电池超过20%的能量转换效率的可能途径。
NO. 2
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NO. 3
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Functional Third Components in Nonfullerene Acceptor-Based Ternary Organic Solar Cells
Ying Zhang and Gang Li*
原文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.0c00033?ref=xmol
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