近日，我院郝晓涛教授带领的有机光电子学团队在有机半导体激发态量子新效应研究中取得新进展，相关工作发表于国际能源期刊Advanced Energy Materials (影响因子: 29.368) 和自然出版集团旗下npj 2D Materials and Applications (影响因子: 11.106)上。
有机太阳电池作为新型光伏技术的一个重要组成部分，其光电转换效率已经超过19%，具有广阔的应用前景。有机光伏器件中非富勒烯受体的聚集行为可能改变电-声耦合以及能带结构，并进一步影响有机半导体中的光生激子和载流子动力学，从而限制有机光伏器件长期工作的稳定性。因此，揭示非富勒烯有机太阳电池衰减过程中电-声耦合的变化及其与激子和载流子动力学的关联对深入理解衰减机理具有重要意义。
研究团队通过使用多种光物理表征技术构筑了基于PM6和BTP-eC9体系的二元及多元有机光伏器件在热致衰减过程中电-声耦合演化与光生载流子俘获动力学之间的关联图像。通过四元策略协同地调控分子堆积可以抑制非富勒烯分子的聚集并维持更加稳定的分子间电-声耦合，从而抑制缺陷态对光生载流子的俘获能力。最终四元策略实现了有机光伏器件效率和稳定性的同时提高。该工作不仅为有机光伏器件稳定性研究提供了新的光物理视角，而且为进一步发展高效稳定的有机太阳电池提供了新的策略。相关研究成果以“Reducing Limitations of Aggregation-Induced Photocarrier Trapping for Photovoltaic Stability via Tailoring Intermolecular Electron-Phonon Coupling in Highly Efficient Quaternary Polymer Solar Cells”为题发表在期刊Advanced Energy Materials上，论文第一作者为物理学院特别资助博士后张康宁，郝晓涛教授、杜晓艳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。
新型有机无机异质结的构建打破了常规材料外延生长的晶格常数和晶体结构束缚，从根本上改善了界面缺陷、无序等传统问题，使其通常表现出更为良好的光电特性。如何利用有机无机结构卓越的光学特性, 实现有机无机异质结构高效载流子提取和转移已成为制约其应用发展的关键性问题。
研究团队通过构建二维到三维的有机无机异质结构，实现了对并四苯/MoS2 II型能带排列异质结构中扩散过程、载流子转移速率和提取效率的有效调控。通过关联一维扩散模型的扩散机制，系统揭示了载流子注入和扩散过程间的依赖性关系。借助温度相关的时间分辨光谱，证明陷阱相关复合在低温条件下会进一步限制层间载流子有效提取。相关结果表明, 在二维有机无机异质结构中，激子扩散长度获得增长，从而促进了电子转移速率和载流子提取效率的提升。该工作为制备理想能带对齐的二维异质结构提供了重要指导, 为功能性二维光电器件的构筑提供了新的研究策略。相关研究成果以“Manipulating the Interlayer Carrier Diffusion and Extraction Process in Organic-Inorganic Heterojunctions: From 2D to 3D Structures”为题发表在期刊npj 2D Materials and Applications上，论文第一作者为物理学院2020级博士生乔佳伟，郝晓涛教授、冯林副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。
该研究工作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、山东省泰山学者青年专家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/10.1002/aenm.202103371
https://www.nature.com/articles/s41699-021-00278-1
