薄志山课题组《Advanced Materials》：逐层体异质结制备500 nm高效有机太阳能电池

通讯作者：刘玉强*，薄志山*

单位：青岛大学，北京师范大学，四川大学

随着给体和受体材料以及器件工艺的发展，目前单结有机太阳能电池（OSCs）的效率已经接近20%。然而，大多数高效率OSCs活性层厚度通常控制在100~120 nm左右。活性层厚度的变化会直接影响光子吸收和电荷传输，进而影响电池性能。而未来OSCs商业化以及卷对卷的加工方式要求活性层具有较高的膜厚容忍度，即电池的效率受膜厚的变化影响不大。因此，提高OSCs活性层的膜厚容忍度至关重要。

近日，青岛大学刘玉强教授、北京师范大学薄志山教授等提出逐层沉积BHJ结构的方式获得了一种新型的活性层结构buried-BHJ。该结构可以保证给体和受体具有较大接触面积的同时形成垂直组分分布，从而有利于激子解离和电荷传输，当膜厚增加时该结构表现出更大的优势。相关研究成果现已发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》上，题为“Sequentially Processed Bulk-Heterojunction-Buried Structure for Efficient Organic Solar Cells with 500 nm Thickness”。

在逐层沉积工艺的基础上进行改善，在给体层掺入少量受体，在受体层掺入少量给体，这种设计结合了BHJ具有足够的D/A接触面积用于激子解离，以及LBL提供垂直通道用于电荷传输到电极的优点。Buried-BHJ结构表现出比LBL和BHJ结构更优异的性能，其中基于D18:L8BO的器件中，buried-BHJ获得了19.2%的效率，高于LBL和BHJ结构。

通过瞬态吸收光谱对激子行为进行了表征。测试结果表明掺入之后的给体或受体层与普通的给体或受体层相比均表现出更有效的激子解离。而且buried-BHJ结构与普通的LBL结构相比表现出更有效的激子解离和扩散。

制备活性层厚度不同（200~500 nm）的器件来探究buried-BHJ OSCs的膜厚容忍度。当活性层厚度增加到500 nm时，buried-BHJ器件仍然保持16.0%的效率，是目前500 nm厚膜器件的最高效率之一。

Sequentially Processed Bulk-Heterojunction-Buried Structure for Efficient Organic Solar Cells with 500 nm Thickness

刘玉强教授简介：青岛大学教授，山东省海外优青，毕业于苏州大学功能纳米与软物质研究院，先后在美国加州大学洛杉矶分校，日本冲绳科技研究院学习工作。研究方向包括太阳能电池，发光二极管器件等。在Adv. Mater.，J. Am. Chem. Soc.，Joule，Mater. Sci. Eng. R, Adv. Energy Mater.，Adv. Funct. Mater.，ACS Nano等发表多篇论文工作。

薄志山教授简介：北京师范大学化学学院教授，2014年被聘为教育部长江学者特聘教授，教育部能量转换与存储材料长江学者创新团队带头人，能量转换与存储材料北京市重点实验室主任。主要从事有关聚合物光电功能膜材料方向的研究，在J. Am. Chem. Soc、Angew. Chem.、Macromolecules、Adv. Mater.等杂志上发表论文300多篇，被引用4000余次。