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含钾氧化锌表面诱导无富勒烯有机光伏器件中的垂直相分离

DOI：10.1021/acs.nanolett.9b04586 期刊：Nano Letters 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 基于体异质结（BHJ）结构的有机光伏器件（OPVs）近期展现出实现高功率转换效率（PCEs）的巨大潜力。理想的BHJ结构应具备大面积给体/受体界面以实现高效激子解离，并具有梯度分布特性——靠近阳极和阴极区域分别呈现高浓度给体和受体分布，从而实现高效电荷提取。然而BHJ中给体与受体的随机混合常导致界面处严重的电荷复合，造成电荷提取效率低下。本研究提出新方法：采用氢氧化钾处理氧化锌（ZnO）电子传输层表面，诱导含非富勒烯受体IT-4F的活性层实现垂直相分离。密度泛函理论计算表明，IT-4F与PBDB-T-2Cl在含钾（K）ZnO界面的结合能差值，是其在未处理ZnO表面结合能差值的两倍，这使得IT-4F在热力学上更倾向于向含钾ZnO界面迁移而非未处理界面。得益于高效的电荷提取，基于PBDB-T-2Cl:IT-4F器件的最佳PCE从11.8%提升至12.8%，PBDB-T-2Cl:Y1-4F器件从11.6%提升至12.6%，PBDB-T-2Cl:Y6器件从12.2%提升至13.5%，PM6:Y6器件更是从15.1%显著提高到15.7%。
作者： Hao-Wen Cheng，Putikam Raghunath，Kai-li Wang，Pei Cheng，Tianyi Haung，Quantan Wu，Jun Yuan，Yu-Che Lin，Hao-Cheng Wang，Yingping Zou，Zhao-Kui Wang，Ming-Chang Lin，Kung-Hwa Wei，Yang Yang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究含钾氧化锌表面对无富勒烯有机光伏器件中垂直相分离的诱导作用，以增强电荷提取能力和功率转换效率。

研究成果

引入K修饰的ZnO表面能显著增强无富勒烯有机光伏器件中的垂直相分离，从而改善电荷提取并提高光电转换效率。该方法具有普适性，适用于多种非富勒烯受体，并为优化体异质结形貌提供了一种简便途径。

研究不足

该研究聚焦于具有特定端基（IC-2F）的非富勒烯受体，而KOH处理的有效性可能因其他受体材料而异。未涉及KOH处理的ZnO电子传输层在有机光伏器件中的可扩展性与长期稳定性问题。

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