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基于七元稠环引达省聚合物给体的三元有机光伏器件性能

Performance of ternary organic photovoltaic devices based on heptacyclic-fused indacenodithiophene polymer donor
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摘要 有机太阳能电池有望实现高效的太阳能转换,但在体异质结结构中实现高的光电转换效率仍然面临着巨大的挑战。双给体−单受体三元结构应用于有机太阳能电池被广泛证明是一种提升器件性能的有效策略。基于七元稠环引达省的聚合物给体因具有较高的迁移率、宽光谱吸收等优点得到研究者的青睐。本研究设计合成了基于七元稠环引达省的聚合物给体光伏材料IDT-M53和IDT-M17,并将其作为第三组分与PM6、Y6共混,构建了双给体−单受体三元有机太阳能电池。与二元器件PM6∶Y6相比,PM6∶Y6∶IDT-M53与PM6∶Y6∶IDT-M17分别取得了16.02%和15.68%的光电转化效率,这得益于三元光伏器件具有更高的激子解离效率和电荷收集效率,从而有效抑制了电荷复合。研究结果表明,通过双给体-单受体三元策略提升器件的光电转换效率是一种行之有效的方法。其中,与PM6∶Y6∶IDT-M17相比,PM6∶Y6∶IDT-M53显示出更匹配的能级。该结果从能级协同优化的角度,有力证明了双给体−单受体结构作为三元策略的成功性。 Organic solar cells(OSCs)are promising for efficient solar energy conversion.However,achieving high power conversion efficiency(PCE)in bulk heterojunction structures remains a significant challenge.The strategy of employing dual-donor/single-acceptor ternary OSCs has been widely recognized as effective for enhancing device performance.Polymer donors based on heptacyclic indacenodithiothene have garnered attention due to their high mobility and broad-spectrum absorption.In this study,two polymer donor photovoltaic materials based on heptacycyclic indacnodithiophene,IDT-M53 and IDT-M17,were designed and synthesized,and blended with PM6 and Y6 as the third component to construct a dualdonor/single-acceptor ternary OSCs.Compared with the binary PM6∶Y6,the ternary systems PM6∶Y6∶IDT-M53 and PM6∶Y6∶IDT-M17 achieved a PCE of 16.02%and 15.68%,respectively.These improvements are attributed to the higher exciton dissociation and charge collection efficiency in ternary OSCs,which effectively suppress charge recombination.The findings demonstrate that employing a dual-donor/single-acceptor ternary strategy is an effective method to enhance the PCE of the device.Moreover,PM6∶Y6∶IDT-M53 exhibits more compatible energy levels than PM6∶Y6∶IDT-M17.These results confirm that constructing OSCs with two donors and one acceptor is a successful strategy.
作者 孙春晓 张成 白皓磊 高敬顺 胡佳楠 秦炜杰 王坤 SUN Chunxiao;ZHANG Cheng;BAI Haolei;GAO Jingshun;HU Jianan;QIN Weijie;WANG Kun(School of Materials Electronics and Energy Storage,Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou 450007,China)
出处 《中原工学院学报》 2026年第1期59-65,71,共8页 Journal of Zhongyuan University of Technology
基金 河南省科技攻关项目(252102240057) 河南省高校科技创新人才支持计划项目(20HASTIT030) 河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目(2019GGJS141) 中原工学院自然科学基金项目(K2023MS008) 中原工学院基本科研业务费专项资金项目(K2019YY001)。
关键词 双给体-单受体结构 活性层材料 七元稠环引达省 激子解离 电荷收集 dual-donor/single acceptor structure active layer materials heptacyclic-fused indacenodithiophene excition dissociation charge collection
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