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有機(jī)太陽能電池的激子分離與電荷復(fù)合均發(fā)生在由電子給體和受體材料組成的異質(zhì)結(jié)處，異質(zhì)結(jié)電學(xué)性能的優(yōu)化對提高光生電流和降低電壓損失具有重要意義。近日，西安交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究人員發(fā)現(xiàn)了一種基于分子摻雜的有機(jī)異質(zhì)結(jié)性能優(yōu)化策略。研究成果以“Identifying the Electrostatic and Entropy-Related Mechanisms for Charge-Transfer Exciton Dissociation at Doped Organic Heterojunctions”為題，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。


區(qū)別于當(dāng)前常用的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和微觀形貌優(yōu)化策略，研究人員將電子摻雜作為一種直接的電學(xué)性能調(diào)控手段應(yīng)用在有機(jī)異質(zhì)結(jié)處。研究發(fā)現(xiàn)，平面雙層器件異質(zhì)結(jié)處的分子摻雜可同時提升有機(jī)太陽能電池的三項(xiàng)基本參數(shù)（短路電流、開路電壓和填充因子），其中短路電流的提升幅度更是可以達(dá)到20%以上。借助電荷轉(zhuǎn)移態(tài)能級測定與能量損失細(xì)節(jié)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)摻雜能拉高電荷轉(zhuǎn)移態(tài)的能級，同時抑制器件的非輻射能量損失，進(jìn)而提升器件的開路電壓。短路電流的大幅提升則源于界面處局域電場增強(qiáng)和電流活化能減少的雙重作用。通過詳細(xì)的器件物理表征，研究人員首次將光電流的活化能降低與異質(zhì)結(jié)處的態(tài)密度熵建立起直接聯(lián)系，并據(jù)此提出了一種基于態(tài)密度熵調(diào)控的激子分離效率提升策略。該策略有望在分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和微觀形貌優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。

博士生薛文悅為論文第一作者，閆晗特聘研究員、馬偉教授和趙超助理教授為論文通訊作者，西安交通大學(xué)為論文唯一通訊單位。本研究得到了西安交通大學(xué)李桃教授、東華大學(xué)唐正教授和陜西師范大學(xué)劉生忠教授的合作幫助。研究獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金及西安交通大學(xué)青年拔尖人才計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。 

原標(biāo)題：西安交大科研人員在異質(zhì)結(jié)摻雜有機(jī)光伏機(jī)理研究中取得進(jìn)展