物理化学学报 >> 2022, Vol. 38 >> Issue (11): 2201039.doi: 10.3866/PKU.WHXB202201039
所属专题: 新锐科学家专刊
徐小云1, 吴宏波1, 梁世洁2, 唐正1,*(), 李梦阳1, 王静1, 王翔1, 闻瑾1, 周二军3,*(), 李韦伟2,*(), 马在飞1,*()
收稿日期:
2022-01-23
录用日期:
2022-02-16
发布日期:
2022-02-22
通讯作者:
唐正,周二军,李韦伟,马在飞
E-mail:ztang@dhu.edu.cn;zhouej@nanoctr.cn;liweiwei@iccas.ac.cn;mazaifei@dhu.edu.cn
基金资助:
Xiaoyun Xu1, Hongbo Wu1, Shijie Liang2, Zheng Tang1,*(), Mengyang Li1, Jing Wang1, Xiang Wang1, Jin Wen1, Erjun Zhou3,*(), Weiwei Li2,*(), Zaifei Ma1,*()
Received:
2022-01-23
Accepted:
2022-02-16
Published:
2022-02-22
Contact:
Zheng Tang,Erjun Zhou,Weiwei Li,Zaifei Ma
E-mail:ztang@dhu.edu.cn;zhouej@nanoctr.cn;liweiwei@iccas.ac.cn;mazaifei@dhu.edu.cn
About author:
Email: mazaifei@dhu.edu.cn (Z.M.)Supported by:
摘要:
聚3-己基噻吩(P3HT)以其合成工艺简单、成本低廉的优势,成为有机光伏领域中最具吸引力的电子给体材料之一。然而,目前P3HT: 非富勒烯太阳能电池的光伏性能仍然较差。在本工作中,我们证明了与P3HT: 富勒烯太阳能电池相比,较快的电荷转移态的非辐射衰减速率(Knr)是导致P3HT: 非富勒烯太阳能电池中较低的量子效率和较高的电压损失的原因。然后,我们研究了基于非富勒烯受体ZY-4Cl的太阳能电池的工作机理。研究结果表明与P3HT: 非富勒烯体系相比,P3HT: ZY-4Cl中Knr的降低改善了器件的量子效率,同时降低了电压损失。Knr降低的原因可以部分归因于电荷转移态能量的增加。此外,给体分子和受体分子之间的距离(DA间距)的增大也是Knr减少的重要原因。因此,我们得出结论:为了提高P3HT太阳能电池的性能,需进一步降低器件的Knr,这可通过增加活性层中的DA间距来实现。
徐小云, 吴宏波, 梁世洁, 唐正, 李梦阳, 王静, 王翔, 闻瑾, 周二军, 李韦伟, 马在飞. 聚3-己基噻吩:非富勒烯太阳能电池中的量子效率损失和电压损失[J]. 物理化学学报, 2022, 38(11), 2201039. doi: 10.3866/PKU.WHXB202201039
Xiaoyun Xu, Hongbo Wu, Shijie Liang, Zheng Tang, Mengyang Li, Jing Wang, Xiang Wang, Jin Wen, Erjun Zhou, Weiwei Li, Zaifei Ma. Quantum Efficiency and Voltage Losses in P3HT: Non-fullerene Solar Cells[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38(11), 2201039. doi: 10.3866/PKU.WHXB202201039
Fig 1
(a) HOMO and LUMO energy levels of P3HT, PC61BM, Y6, and IT4F. (b) J–V curves, (c) EQE and IQE spectra of the P3HT based OSCs. (d) Jsc-max as a function of the active layer thickness predicted by TMM simulations for the P3HT based OSCs. The dotted lines indicate the Jsc-max values for the active layer thicknesses used in the solar cells constructed in this work."
Fig 2
(a) AFM height images (size 5 μm × 5 μm) of the P3HT-based blend films. (b) PL spectra of the pure P3HT film and the P3HT-based blend films, measured with laser excitation at 550 nm. Quenching efficiency values are indicated in the plots. (c) Dependence of Voc and dependence of Jsc on light intensity for the OSCs based on P3HT: fullerene and P3HT: NFA, determined from the light intensity dependent J–V measurements."
Fig 3
(a) TPV decay signals and (b) TPV decay time as a function of Vph (generated by the bias illumination) derived from the TPV measurements for the P3HT based OSCs. (c) sEQE spectra of the P3HT based OSCs and the spectra calculated from the product of EQE(E) and BB(E) (for the determination of J0, rad and Voc, rad). The dashed lines represent the upper and the lower limits for the fitting curves. Details regarding the determination of ECT are provided in SI-2 (Supporting Information)."
Table 1
The representative PV performance parameters and Vloss values for the P3HT-based OSCs."
Active Layer | Voc/V | ECT/eV | J0, rad/(mA?cm?2) | Voc, rad/V | ?Vnr/V | ?Vr/V | Vloss/V | λ/eV | Jsc/(mA?cm?2) | PCE/% |
P3HT: PC61BM | 0.61 | 1.18 | 9.95E-17 | 0.97 | 0.37 | 0.20 | 0.57 | 0.23 | 8.93 | 3.59 |
P3HT: Y6 | 0.38 | 1.17 | 4.17E-16 | 0.94 | 0.56 | 0.23 | 0.79 | 0.26 | 10.77 | 1.70 |
P3HT: IT4F | 0.39 | 1.15 | 6.52E-17 | 0.93 | 0.54 | 0.22 | 0.76 | 0.19 | 1.14 | 0.18 |
P3HT: ZY-4Cl | 0.85 | 1.41 | 4.68E-20 | 1.18 | 0.33 | 0.23 | 0.56 | 0.24 | 14.78 | 7.02 |
Fig 4
(a) J–V curves and (b) EQE and IQE spectra of the P3HT: ZY-4Cl and P3HT: Y6 based OSCs. (c) Voltage decay lifetimes of the solar cells based on P3HT: ZY-4Cl, P3HT: Y6, and P3HT: PC61BM, derived from the TPV measurements. (d) sEQE spectrum of the solar cell based on P3HT: ZY-4Cl, and the spectrum calculated from the product of EQE and BB (for the determination of J0, rad and Voc, rad)."
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