科研进展

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郝晓涛团队在有机光伏半导体相分布调控中取得新进展

发布日期:2022-04-08   点击量:

近日,我院有机光电子学团队在有机光敏活性层的垂直组分分布以及大面积薄膜均匀性的表征中取得新进展,相关工作发表于Wiley出版集团旗下Advanced Functional Materials (影响因子: 18.808) Small Methods (影响因子: 14.188)上。

一、 全聚合物太阳能电池因其在功率转换效率和长期运行稳定性方面的良好性能,是新一代光伏技术的候选产品。体相异质结活性层薄膜中的纳米形貌对有机光伏器件的光生激子(扩散和解离)和载流子(转移和传输)行为具有重要意义。然而,由于非理想的分子构象和成膜热动力学行为,获得聚合物/聚合物共混物的理想垂直相分布仍然是一个挑战。

近期,山东大学郝晓涛教授研究团队提出了面向全聚合物光伏器件中垂直组分分布修饰的三元辅助顺序溶液沉积(SSD)策略,并基于此有效提升光伏性能。在PM6:PY-IT:PDI-2T器件中,通过SSD处理的活性层中可以在阴极(阳极)界面形成受体(给体)富集区由此形成理想的给受体垂直组分梯度。界面附近的给、受组分聚集有利于载流子沿垂直方向的传输和收集。本研究中使用的三元辅助SSD优化策略为面向高效率应用的全聚合物有机光伏器件的构建提供了一条可行的途径。相关工作以“Ternary-Assisted Sequential Solution Deposition Enables Efficient All-Polymer Solar Cells with Tailored Vertical-Phase Distribution”为题发表在Wiley出版社旗下《Advanced Functional Materials》上。论文第一作者为山东大学物理学院博士生崔风哲,通讯作者为郝晓涛教授、殷航教授,山东大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。


二、 时间和空间上的可重复性是有机电子器件的重要关注点之一。它包括大面积器件不同点位光电特性的差异以及不同批次器件性质的变化。具有形成电子和空穴传输双渗透网络的体异质结结构的有机光伏器件是要求优异重复性的典型案例。然而,目前薄膜电荷传输性质的表征手段均不适用于大面积有机体系。因此,发展衡量大面积器件重复性的手段并将这一问题与分子设计和电池制备技术相关联,对于有机电子器件的大规模普及和商业化的最终目标具有重要意义。

在此工作中,研究团队利用网格化电极方法提出了一种简便有效的手段来衡量大面积薄膜迁移率的均匀性。并结合此方法与一系列光物理表征技术,系统性地研究了聚合物给体分子量与器件可重复性的联系。高迁移率、低能量无序度、高空穴转移速率的高分子量体系表现出更优秀的器件性能和重复性。该工作揭示了聚合物分子量与器件重复性之间的相关性,并为有机电子器件的商业大规模生产提供了新的视角。相关研究成果以“Reproducibility in time and space – the molecular weight effects of polymeric materials in organic photovoltaic devices”为题发表在期刊Small Methods上,论文第一作者为物理学院2021级研究生桂若华,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第一通讯作者单位。

该两项研究工作均得到了国家自然科学基金、晶体材料国家重点实验室、山东省重大基础研究、山东省自然科学基金和山东大学齐鲁青年学者等项目的资助。

论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202200478

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202101548



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