近日，山東大學(xué)物理學(xué)院有機(jī)光電子學(xué)團(tuán)隊(duì)在有機(jī)光伏器件光物理與載流子輸運(yùn)機(jī)制的研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)工作發(fā)表于Advanced Materials (影響因子: 29.4 ) 和《Materials Science and Engineering: R: Reports》（影響因子31.0）上。

為推動(dòng)國家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，我國將加大可再生能源布局，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，引領(lǐng)全球新能源技術(shù)。在新型能源體系中，太陽能利用（光伏）將成為發(fā)電的主力軍之一，其中有機(jī)光伏材料與器件的研究在材料設(shè)計(jì)合成和器件工程等方面取得了快速進(jìn)展。但是其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用受到了效率偏低、穩(wěn)定性較差等問題的制約，特別是對(duì)內(nèi)在光物理與載流子輸運(yùn)機(jī)制缺乏理解是限制器件性能提高的關(guān)鍵科學(xué)問題。針對(duì)以上問題，有機(jī)光電子學(xué)團(tuán)隊(duì)揭示了有機(jī)光伏激子動(dòng)力學(xué)與分子相互作用機(jī)制，為實(shí)現(xiàn)大厚度有機(jī)光伏器件應(yīng)用奠定了重要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)；提出了有機(jī)光伏中精確遷移率測量方法，為材料設(shè)計(jì)和器件制造提供了重要參考。

有機(jī)太陽能電池（OSC）大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的一個(gè)主要障礙是活性層厚度的限制，大厚度OSC仍面臨諸多挑戰(zhàn)，包括有機(jī)材料較短的激子擴(kuò)散長度、空間電荷積累和嚴(yán)重的載流子復(fù)合等因素，嚴(yán)重限制了器件性能的提升。郝曉濤教授團(tuán)隊(duì)提出聚合物吸附策略，在逐層沉積異質(zhì)結(jié)中引入絕緣物聚苯乙烯形成范德華力物理吸附，增強(qiáng)了分子間相互作用和電子波函數(shù)交疊程度，抑制缺陷態(tài)密度，改善激子擴(kuò)散，制備了高效大厚度有機(jī)太陽能電池器件。結(jié)合超快光譜學(xué)分析，揭示了激子動(dòng)力學(xué)與分子相互作用的關(guān)聯(lián)機(jī)制，為大厚度有機(jī)光伏物理機(jī)制研究提供了新的視角，為有機(jī)光伏器件的商業(yè)化應(yīng)用提供了新策略。相關(guān)工作以“π-π Stacking Modulation via Polymer Adsorption for Elongated Exciton Diffusion in High-Efficiency Thick-Film Organic Solar Cells”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上。論文第一作者為物理學(xué)院博士研究生付振，通訊作者為郝曉濤教授，山東大學(xué)為第一作者單位和唯一通訊作者單位。

上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、山東省重大基礎(chǔ)研究、山東省泰山學(xué)者、山東大學(xué)齊魯學(xué)者計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202313532

https://doi.org/10.1016/j.mser.2024.100772

 （來源：山東大學(xué)物理學(xué)院）