由于有机半导体不能有效屏蔽电荷,因此需要能量补偿才能有效地光生自由电荷载流子。这对于实现有机太阳能电池的高功率转换效率至关重要。先前的基于异质结的太阳能电池由于诸如激子离解效率差,光子收集受限和重组损失高等限制因素而只能实现相对中等的效率(不足4%)。体异质结(BHJ)的发展极大克服了这些问题,使得有机光伏的性能得到显著提高,目前已实现超过18%的转换效率。
有鉴于此,英国伦敦帝国理工学院Andrew Wadsworth,阿卜杜拉国王科技大学Iain McCulloch综述了用于太阳能电池、光探测器和光催化应用的最佳体异质结的设计和工程策略。
文章要点
1)作者总结了改进的体异质结OPV的半导体设计和器件工程进展。包括:i)用于块体异质结太阳能电池中的聚合物:富勒烯共混物;ii)高性能体异质结太阳能电池非富勒烯受体的开发。
2)作者总结了有机半导体共混物中相分离的热力学研究。包括:i)最佳体异质结形态与材料的关系;ii)从铸态到优化形态:凝固动力学与加工策略;iii)合理预测配料的选择与优化;iv)体异质结的热稳定性考虑因素。
3)作者总结了体异质结对电荷转移态的影响。包括:i)CT状态与非辐射电压损失;ii)PM6:Y6基太阳能电池;iii)电荷载流子的迁移和重合。
4)作者总结了用于有机光电探测器和光催化中的体异质结的研究进展。
5)作者最后展望了BHJ在替代有机电子技术(例如光电探测器和有机光催化系统)中的潜在应用。
Andrew Wadsworth, et al, The Bulk Heterojunction in Organic Photovoltaic, Photodetector, and Photocatalytic Applications, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202001763
https://doi.org/10.1002/adma.202001763