闵杰课题组有机太阳能电池新成果

jiazhuang

Energy & Environmental Science（《能源环境科学》，2018年最新影响因子33.250）近日在线发表了高等研究院闵杰课题组关于有机太阳能电池开路电压自发增益的研究成果。

论文题目为“Spontaneous open-circuit voltage gain of fully fabricated organic solar cells caused by elimination of interfacial energy disorder”（《因有机太阳能电池其界面能量紊乱消除而导致的开路电压自发增益》）。武汉大学为第一署名单位/通讯单位，高等研究院硕士生孙瑞和国家纳米中心博士邓丹为共同第一作者，通讯作者为高等研究院研究员闵杰、国家纳米中心研究员魏志祥。

近年来，溶液法制备的异质结有机太阳能电池因其具有轻质、柔性、半透明、可大面积制备等优点，获得了广泛的关注。在过去十年里，经过科研人员的努力，有机太阳能电池能量转换效率（PCE）获得了很大突破。基于非富勒烯光伏材料体系的发展，单结器件的PCE已经超过16%。目前越来越多的研究者将目光投向了降低光伏体系及其器件的能量损失，从而提高开路电压（Voc），并进一步提升器件效率。在这一方向上，各种因素如态密度或能量紊乱,电荷转移态,给受体界面,载流子密度、复合, 界面分子取向、缺陷态,温度和光照强度等影响开路电压(Voc)已经被广泛讨论。

然而，在异质结活性层和界面接触面处，各组分之间的界面表面能对能量有序的影响并没有研究。在本项工作中，我们以BTID-2F: PC71BM为光活性层，氧化锌(ZnO)为电子传输层，制备了高效的倒置太阳能电池，发现在不牺牲器件短路电流和填充因子的情况下，Voc自发地从0.807 V增加到0.950 V。通过对BHJ/ZnO界面各组分表面能及相应润湿系数的分析，结合对多个光伏系统的研究，我们揭示了OSCs中Voc自发增益的起源。这项工作不仅为材料开发提供了一个有用的设计理念，而且还为冻结活性层的形态提供更为通用的设计规则。

该研究工作得到了国家自然科学基金(21702154，51773157)、“双一流”大学建设经费(2042017kf0269)和武汉大学自科基金的支持。

小分子给体材料

小分子给体材料BTID-2F，受体材料PC71BM，电子传输层ZnO以及空穴传输层PEDOT:PSS的表面能以及相关的润湿系数（图2b）.

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/ee/c9ee00825j

　　闵杰，武汉大学教授。长期从事有机光电功能材料的设计合成、光电性能表征和材料与器件物理研究，重点研究开发第三代柔性太阳能电池技术。在Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Energy & Environmental Science等国际期刊上发表SCI论文60余篇，以及申请中国专利3项。同时以第一和通讯作者在Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials等期刊发表学术论文31篇，其中影响因子9以上的11篇。在谷歌学者中论文被引用3000余次，H-index 30。课题组长期致力于面向能源、材料与健康需求的新一代光电功能器件的研究，发展具有鲜明特色、面向未来的新型光电器件与器件应用技术，重点围绕“材料化学-形貌物理-衰减机制-器件工程”的研究链条开展目标导向性基础研究，解决光电领域中关键科学问题和关键技术问题。其涉及的主要研究内容为：1.高效、稳定光电转换材料的理性设计与可控制备；2.光电材料与器件中的结构和表面界面分析与研究；3.不同光电体系的工作机理及其动力学本质；4.材料与器件衰减机制以及相关封装技术的研究。