有机太阳能电池多尺度形貌模型与构效关系

近年来，非富勒烯受体（NFAs）材料的开发拓展了活性层的光谱吸收范围，优化了异质节的能级配对，器件效率大幅提升，现今单节电池效率已达到19.6% （Nature Materials, 2022, DOI:10.1038/s41563-022-01244-y）。非富勒烯受体一般具有良好的结晶性，共轭聚合物给体一般表现出纤维结晶形态，因此非富勒烯有机光伏电池薄膜表现出了双结晶性功能相与非结性共混相，呈现出多尺度相分离形貌。该形貌框架界面多元，其组成与特征尺寸对激子解离、电荷传输、载流子复合具有重要影响。为了探索多尺度形貌下的光电转换过程，课题组博士生郝天雨、博士后钟文楷、硕士生冷石峰通过理论与实验相结合的方法，构建了双晶体态分散在共混态中的多尺度形貌模型，并与均一共混形貌、二元插指形貌进行对比，研究多尺度形貌的光电转换特征。通过定义形貌依赖性的激子解离率，依据有机给受体材料的基本物性，可使用扩散-漂移方法来模拟器件工作过程，预测器件性能。该工作以“The Structure-Performance Correlation of Bulk-Heterojunction Organic Solar Cells with Multi-Length-Scale Morphology”为题发表于 Science China Chemistry上。