簡介： 研究人員通過生産異構ITIC-2Cl-δ和ITIC-2Cl-γ準平面異構結，制備了兩種光電轉換效率（PCE）高達17.6%的新型有機太陽能電池。
1. 前言
含有受體材料的扁平異構連接配接（PHJs）通常由多個自旋塗層形成，并且由于溶劑膨脹和分子擴散效應，在PHJ薄膜中可能産生小的納米級異質連接配接（BHJ）區域。是以，研究人員将該結構定義為準平面異構結（Q-PHJ）。雖然Q-PHJ有機太陽能電池（OSCs）在效率上落後于BHJ OSCs，但它們仍然具有一些優勢。含有受體的活性層形成單獨的雙層結構，兩者接觸産生的D/A界面可以有效地解擠出。在這種情況下，所得空腔在供體和受體中的電子中傳輸，這減少了器件操作期間對電荷複合的需求，并且這種垂直相分離比BHJ形式更容易控制。
另一方面，感歎号的長壽命和擴散距離確定了大多數感歎号擴散到D/A接口以進行消離。随着具有長距離激發的IT-4F，Y6和Y6-BO等新型非富勒烯受體的出現，Q-PHJ OSCs的光電轉換效率（PCE）進一步接近或超過BHJ OSCs。通過對部分受體衍生物的單晶結構分析，表明這些分子具有由相鄰分子強互相作用組成的三維互通網絡結構，進一步促進了激勵和電荷在多個方向上的轉移，可用于生産優異的Q-PHJ OSCs。
圖1：相關分子結構和不同的異質結模式等
2. 引言
為了證明這種3D網絡受體的優越性，南方科技大學的何峰教授最近制備了兩種基于異構體ITIC-2Cl-δ和ITIC-2Cl-γ的新型Q-PHJ OSCs。從晶體堆疊圖中發現，與ITIC-2Cl-δ相比，ITIC-2Cl-γ的三維網絡結構具有更好的電荷傳輸速率和更多的線性填充結構。研究發現，基于D18：ITIC-2Cl-γ的PHJ器件PCE為12.44%，遠高于基于D18：ITIC-2Cl-δ的PHJ器件（9.74%）。此外，研究人員進一步優化了該裝置，以制備基于D18：BTIC-BO-4Cl的Q-PHJ OSCs。與BHJ OSC相比，Q-PHJ器件可實作高達17.60%的PCE，這是Q-PHJ OSC中報告的最有效值之一。
圖2：相關器件的光伏性能
研究表明，Q-PHJ薄膜具有快速的電荷傳輸和激發。D18 和 BTIC-BO-4Cl 産生的感歎号具有足夠的擴散距離以到達 D/A 接口。根據瞬态吸收光譜，Q-PHJ薄膜顯示出快速解離。空腔和電子在D18和BTIC-BO-4Cl中獨立傳輸，Q-PHJ器件中高度平衡的載流子遷移率減少了電荷複合，良好的電荷傳輸也有助于減少Q-PHJ器件的能量損失。通過減少混合相中Q-PHJ活性層的單層沉積和改善垂直相分離，提高了器件的性能和穩定性。
圖3：表征相關分子器件的掠食性廣角X射線光譜
3. 總結
綜上所述，通過對基于D18和BTIC-BO-4Cl的BHJ和Q-PHJ器件的綜合研究，這項工作為高效Q-PHJ OSCs的制備獲得了重要的指導，可以加速OSCs器件的商業化。該研究的結果發表在國際領先的材料期刊Advanced Materials上，标題為"來自氯化3D網絡受體的17.6%效率平面異質結太陽能電池"。
本文關鍵詞：有機太陽能電池，扁平異質結，異質結，電荷傳輸，剝落脫水，D18，BTIC-BO-4Cl。
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