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吴宏滨课题组在<<能源与环境科学>>上发表有机太阳能电池研究成果
日期:2019-10-25 浏览量:1208

 近日,RSC出版集团旗下期刊<<能源与环境科学>>(Energy & Environmental Science)刊登了澳门皇冠体育/发光材料与器件国家重点实验室吴宏滨课题组与西安近代化学研究所高潮研究员、南方科技大学梁永晔教授等课题组合作发表的研究论文“Assessing Energy Offset between Electron Donor/acceptor Interface in Organic Solar Cells through Radiative Efficiency Measurement”。该成果基于有机太阳电池中给体/受体之间电子能级差对其辐射效率的调制现象,提出了以辐射(电致发光)效率测量作为方便、可靠的给体/受体异质结能级差评判方法。

 近年来,有机太阳电池的光电转换效率取得重要进展。支撑这一进展的材料科学基础在于,非富勒烯基小分子电子受体能够大大降低驱动紧束缚电子-空穴对拆分所需的能级差,从而提高了光子能量的利用效率。因此,给受体能级差在实现高效光电流产生、降低能量损耗乃至获得高的能量转化效率中起着决定性的作用。然而,目前仍缺乏有效的技术手段对复杂给受体相界面的电子能级差进行准确的评价。

 研究者首先系统研究了有代表性的高性能给体/受体材料体系,其电压损失尤其是由于存在非辐射跃迁复合造成的电压损失,对器件的辐射效率的依赖关系。研究发现,随着给体/受体能级差的减小,器件的辐射效率显著提高,且上述电压损失与器件的辐射效率的对数呈显著负相关。这一发现,为以辐射效率作为评判给体/受体之间的能级差大小提供了实验依据。进一步地,利用这个测量方法,结合器件性能和内量子效率的测量结果,统计得到相对最优的给受体能级差---并以辐射效率测量值的方式直观呈现。在此能级差附近,有机太阳电池以最小的能量损失代价实现高效的光电转换,从而获得最高的能量转化效率。结合上述实验结果,基于Shockley−Queisser框架的单结有机太阳的理论极限效率被确定在29-31%之间。

 图示1 器件电压损失对辐射效率有明确依赖关系

图示2 要获得最优性能,需要平衡光电流产生效率和非辐射跃迁复合造成的电压损失

 谢源博士是本研究工作的第一作者,吴宏滨教授是华南理工大学课题组的通讯作者。该研究工作得到了中国博士后科学基金会、科技部和国家自然科学基金委等科研项目的资助。

 Energy & Environmental Science是英国皇家化学学会(Royal Society of Chemistry,RSC)的会刊,是国际能源与环境领域的顶级期刊之一。

 论文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee02939g


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