三元小分子有机太阳能电池的制备与研究

　　小分子有机材料由于具有分子结构简单，易合成，批次变化小等优点受到了研究人员的广泛关注。目前高效率小分子太阳能电池（SMSCs）还鲜有报道，三元策略已经被广泛证明是一种提高器件性能的有效方法。北京交通大学张福俊课题组采用液晶小分子给体材料benzodithiophene terthiophene rhodanine（BTR）开展了关于三元SMSCs方面的工作。 

　　他们制备了基于BTR:DIB-SQ:PC₇₁BM的三元SMSCs, 最优器件实现了10.3%的能量转换效率（PCE），这是基于BTR的有机太阳能电池效率最高值，相比于二元器件，性能提高了10%。在北京同步辐射装置1W1A-漫散射实验站的支持下，研究人员对三元混合薄膜内分子排布进行了GIXD表征，如图1所示。三元混合薄膜内BTR“face-on” 排布增多，这有利于载流子传输和收集。  　　                            

　　　　图1 面外、面内掠入射X射线衍射曲线（GIXD）及三元活性层内材料分布示意图。

　    BTR分子具有很强的结晶性，它可以作为形貌调控剂进一步提高器件性能。他们制备了基于DRCN5T:PC₇₁BM的SMSCs。不同于文献报道的方法，我们提出倒置退火结合熏蒸的优化手段将器件性能从3.63%提高到9.11%，器件性能的提高主要归因于增强的DRCN5T分子的结晶度。采用BTR作为第三组份，器件性能进一步从9.11%提高到10.05%。如图2所示，BTR增强了DRCN5T的结晶，改善了三元薄膜内载流子的传输。 

　　　　图2 活性层不同处理示意图及三元混合薄膜GIXD二维图像。 

发表文章： 

1. Ternary small molecule solar cells exhibiting power conversion efficiency of 10.3%, Nano Energy, 2017, 39, 571-581.  

2. Nematic liquid crystal materials as a morphology regulator for ternary small molecule solar cells with power conversion efficiency exceeding 10%, Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5, 3589–3598.