記者27日從西安交通大學(xué)獲悉，該校金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有機(jī)光電子材料及界面課題組提出了分子摻雜有機(jī)光伏器件中的活性層優(yōu)化模型，揭示了摻雜劑在其中的作用機(jī)理并提出了一種可控的高效摻雜器件制備工藝。其相關(guān)研究成果以《異質(zhì)結(jié)分子摻雜高效激子解離及長載流子壽命提升聚合物太陽能電池量子效率》為題，近日發(fā)表在美國化學(xué)會(huì)能源類旗艦期刊《美國化學(xué)會(huì)能源快報(bào)》上。

有機(jī)太陽能電池的光生電荷過程包括光子吸收、激子解離、電荷傳輸與電荷收集四個(gè)基本步驟。目前針對這一光電轉(zhuǎn)化過程仍然缺少有效、直接的電學(xué)性能優(yōu)化手段。分子摻雜劑作為一種第三組分，其在體相異質(zhì)結(jié)中的分布，會(huì)直接影響摻雜效果并決定器件性能；不匹配的摻雜劑分布會(huì)導(dǎo)致?lián)诫s的零效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)。然而，目前的研究并未明確分子摻雜劑在本體異質(zhì)結(jié)中的優(yōu)化分布，從而使得分子摻雜有機(jī)光伏器件性能優(yōu)化缺少調(diào)控目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)途徑。

為解決這一關(guān)鍵科學(xué)問題，西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有機(jī)光電子材料及界面課題組化繁為簡地設(shè)計(jì)制備了平面異質(zhì)結(jié)模型器件；從而準(zhǔn)確調(diào)控了摻雜劑在電子給體、電子受體及異質(zhì)結(jié)處的分布。科研人員利用前期工作中提出的路易斯酸小分子三（五氟苯基）硼烷作為P型摻雜劑，發(fā)現(xiàn)摻雜劑在給受體異質(zhì)結(jié)處的分布是實(shí)現(xiàn)器件外量子效率提升的關(guān)鍵。借助超快光譜、瞬態(tài)光電壓及光電子能譜等分析手段，科研人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)摻雜具有促進(jìn)激子分離、延長載流子壽命并降低載流子傳輸復(fù)合的作用。科研人員進(jìn)一步利用順序涂布的三層成膜方法，成功實(shí)現(xiàn)了摻雜劑在本體異質(zhì)結(jié)中的分布調(diào)控；在高效非富勒烯有機(jī)光伏體系中成功實(shí)現(xiàn)了短路電流的提升。（記者史俊斌）