首页_华宇注册_首页有机太阳能电池(OSCs)是由电子给体(D)和受体(A)材料构成的一种体异质结混合物。在光照条件下,激子可以在D:A界面上解离,形成电荷转移(CT)态,而这些CT态深刻影响着OSCs器件的效率。例如,CT态能量(ECT)与开路电压(VOC)和电压损耗密切相关,减少驱动电荷分离的能量偏移,即单重态激子(S1)和CT态之间的能量偏移(ΔECT-S1)可以抑制能量损失,获得更高的VOC,但另一方面也可能不利于自由电荷的产生。此外,CT态的寿命是决定器件功能的另一个因素,它可以影响这些态如何有效地分离为自由电荷,以及自由载流子复合的动力学。然而,目前关于决定共混物CT态寿命的参数研究相对较少,特别是CT态寿命如何受到材料能量学的影响。
基于以上的一些疑问,近日,英国伦敦帝国理工学院James R. Durrant教授研究团队利用瞬态吸收光谱(TAS)确定了7种不同OSCs共混物的CT衰减动力学,包括无定形共混物(如PBDB-T:EH-IDTBR等)和结晶形共混物(如PTQ10:IDIC等),它们都表现出快速的激子产生行为(15 ps)和清晰可见的单分子CT态衰变。研究结果显示,高偏移OSCs共混体系的CT态寿命遵循材料能量学的能隙定律,而低偏移OSCs共混体系则表现出相反的趋势,并且CT态寿命会随着能量损失的减小而减小,这一结果归因于CT态之间的混合/杂化程度的增加,以及ΔECT-S1的降低。
事实上,在低偏移体系中观察到的 CT态寿命的减少,很可能与特定非富勒烯受体(NFA)相对较短的激子寿命有关。PCBM在固体薄膜中单重态激子寿命大于 1 ns ,因此CT态和PCBM激子态的混合不太可能加速CT态的衰变。由此可见,在具有长激子寿命的低带隙组分共混物中,激子态与CT态的混合并不太可能引起CT的加速衰变。然而,在激子寿命相对较短的低带隙组分共混物中,CT态寿命的大幅缩短和ΔECT-S1的降低却特别明显。研究结果说明,短激子寿命不仅影响激子分离的效率,而且还会影响CT态的复合过程动力学。因此,设计具有长激子寿命的固态受体材料,消除低偏移体系中CT态的双分子复合,可以进一步提高OSCs的效率。