简介： 研究人员通过生产异构ITIC-2Cl-δ和ITIC-2Cl-γ准平面异构结，制备了两种光电转换效率（PCE）高达17.6%的新型有机太阳能电池。
1. 前言
含有受体材料的扁平异构连接（PHJs）通常由多个自旋涂层形成，并且由于溶剂膨胀和分子扩散效应，在PHJ薄膜中可能产生小的纳米级异质连接（BHJ）区域。因此，研究人员将该结构定义为准平面异构结（Q-PHJ）。虽然Q-PHJ有机太阳能电池（OSCs）在效率上落后于BHJ OSCs，但它们仍然具有一些优势。含有受体的活性层形成单独的双层结构，两者接触产生的D/A界面可以有效地解挤出。在这种情况下，所得空腔在供体和受体中的电子中传输，这减少了器件操作期间对电荷复合的需求，并且这种垂直相分离比BHJ形式更容易控制。
另一方面，感叹号的长寿命和扩散距离确保了大多数感叹号扩散到D/A接口以进行消离。随着具有长距离激发的IT-4F，Y6和Y6-BO等新型非富勒烯受体的出现，Q-PHJ OSCs的光电转换效率（PCE）进一步接近或超过BHJ OSCs。通过对部分受体衍生物的单晶结构分析，表明这些分子具有由相邻分子强相互作用组成的三维互通网络结构，进一步促进了激励和电荷在多个方向上的转移，可用于生产优异的Q-PHJ OSCs。
图1：相关分子结构和不同的异质结模式等
2. 引言
为了证明这种3D网络受体的优越性，南方科技大学的何峰教授最近制备了两种基于异构体ITIC-2Cl-δ和ITIC-2Cl-γ的新型Q-PHJ OSCs。从晶体堆叠图中发现，与ITIC-2Cl-δ相比，ITIC-2Cl-γ的三维网络结构具有更好的电荷传输速率和更多的线性填充结构。研究发现，基于D18：ITIC-2Cl-γ的PHJ器件PCE为12.44%，远高于基于D18：ITIC-2Cl-δ的PHJ器件（9.74%）。此外，研究人员进一步优化了该装置，以制备基于D18：BTIC-BO-4Cl的Q-PHJ OSCs。与BHJ OSC相比，Q-PHJ器件可实现高达17.60%的PCE，这是Q-PHJ OSC中报告的最有效值之一。
图2：相关器件的光伏性能
研究表明，Q-PHJ薄膜具有快速的电荷传输和激发。D18 和 BTIC-BO-4Cl 产生的感叹号具有足够的扩散距离以到达 D/A 接口。根据瞬态吸收光谱，Q-PHJ薄膜显示出快速解离。空腔和电子在D18和BTIC-BO-4Cl中独立传输，Q-PHJ器件中高度平衡的载流子迁移率减少了电荷复合，良好的电荷传输也有助于减少Q-PHJ器件的能量损失。通过减少混合相中Q-PHJ活性层的单层沉积和改善垂直相分离，提高了器件的性能和稳定性。
图3：表征相关分子器件的掠食性广角X射线光谱
3. 总结
综上所述，通过对基于D18和BTIC-BO-4Cl的BHJ和Q-PHJ器件的综合研究，这项工作为高效Q-PHJ OSCs的制备获得了重要的指导，可以加速OSCs器件的商业化。该研究的结果发表在国际领先的材料期刊Advanced Materials上，标题为"来自氯化3D网络受体的17.6%效率平面异质结太阳能电池"。
本文关键词：有机太阳能电池，扁平异质结，异质结，电荷传输，剥落脱水，D18，BTIC-BO-4Cl。
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