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基于聚合物受体的全聚合物太阳能电池的电荷光生动力学研究

冯君仪  彭军  张润  陈志峰  张伟  
【摘要】:近年来,全聚合物太阳能电池的优化方面得到了很大的发展,相比于小分子聚合物太阳能电池,有着更好的光热稳定性。据报道,基于PM6:PYT的单节全聚合物太阳能电池的能量转换效率已达15.1%,展现广阔的应用前景[1, 2]。然而,聚合小分子受体PYT的激发态特性和器件的光物理过程尚缺乏系统研究。鉴于此,在本工作中,我们以聚合小分子材料PYT和小分子材料Y6作为研究对象,利用稳态和时间分辨光谱技术,系统研究了PYT材料的激发态特性和基于PM6:PYT的光伏器件的界面光生电荷动力学。温度依赖的稳态发光实验结果表明,聚合物PYT薄膜的激子活化能为36.9 meV,小分子Y6的激子活化能为82.2 meV,PYT薄膜的激子活化能仅为Y6薄膜的一半,使其材料中的局域激子更易穿越壁垒形成极化子对。其次,由PYT纯膜的时间分辨光谱可拟合得到其扩散长度为46.2 nm,扩散系数为0.102 cm~2·s~(-1),远大于Y6薄膜的扩散系数0.026 cm~2·s~(-1)。此外,时间分辨光谱技术结果表明PM6:PYT共混膜中的电荷复合方式以孪生复合为主导,其电荷寿命为2082 ps。我们的工作可以为优化基于PYT聚合小分子受体材料的全聚合物光伏器件性能提供有效指导。

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