平面異質結器件
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-22
平面異質結器件的實例教程
江西師范大學陳義旺教授、廖勛凡教授團隊報導了一種有效的器件制備策略，通過調節材料的溶解度和結晶性，使用綠色正交溶劑實現了高效平面異質結器件的成功制備，該結構可以最大程度地減少材料相容性以及制備過程對底層沖刷的影響，具有清晰的D/A接觸界面，并且兩層的獨立處理可提供最佳的自聚集形態，更有效的電荷傳輸通道以及良好的給受體包裝狀態，為平面異質結器件的深入研究指出了方向。
有機太陽電池技術是一種具有巨大研究前景的綠色科技手段，可以有效地將光能轉換為電能。由于它具有重量輕，制造成本低，可柔性制備，可印制為彩色模塊，半透明，可大面積制備等優點，在科學界引起了廣泛的關注。其中，器件工程是提高有機太陽能電池光伏性能的一條有效途徑。當前廣泛應用的本體異質結（BHJ）結構器件存在著相形貌不穩定，材料溶解性限制等問題，近年來新興的準平面異質結（PPHJ）結構的器件同樣被溶劑沖刷損耗以及難以滿足大面積印刷技術的要求等問題所困擾。然而，這些問題可以通過傳統的平面異質結（PHJ）結構的合理應用所解決。在實驗室制備的過程中，由于正交溶劑之間的不相溶性，下層活性層的牢固性更好，在順序旋涂時難以被沖刷，能很好的避免材料損失，此外，在大面積制備有機太陽能電池（OSC）的過程中，卷對卷印刷和噴墨印刷之間的應力方向差異可能會影響聚合物鏈段的分子堆積方向和相分離，這些負面影響也可以通過采用正交溶劑的方法得到緩解，因此PHJ結構也更適合大規模工業生產。因此，本文選擇了PM6:BO-4F體系為研究對象，通過將順序旋涂策略和正交溶劑策略相結合來制備PHJ有機太陽能電池。
展開 這兩種光電效應在低能耗、高頻率響應光電器件等領域展現了重要的應用前景，也受到了廣泛的研究關注。如果能夠在同一器件中同時實現正負兩種光電導效應，以及這兩種效應之間的高效調控，將有望為發展新型光電探測器、高性能光電存儲器等應用提供新的思路。
【成果簡介】
近日，南京大學物理學院繆峰教授課題組首次在基于浮柵的范德華異質結中同時觀察到正光電導和負光電導效應，并且實現了兩種效應之間的柵壓可控轉換。在這項工作中，課題組首先利用二維材料可控轉移技術制備了具有浮柵結構的范德華異質結（ReS2，hBN，MoS2分別作為溝道層，勢壘層，浮柵層）。這種異質結表現出超過107的高開關比、超過104s的阻態保持時間等優異的存儲性能，這來源于浮柵層對溝道層載流子濃度的有效調控。該工作發現光照也可以有效地控制溝道層與浮柵之間的載流子轉移。從而同樣實現對溝道載流子濃度的調控。通過控制載流子的轉移過程，有希望實現正負光電導之間的相互轉換。在實驗上，通過對具有浮柵結構的異質結分別施加正負脈沖柵壓，在撤去脈沖后，器件分別展示出了正光電導和負光電導效應，兩種效應之間可以通過柵壓調控來實現相互轉換。進一步的研究發現在不同功率的光照射下，器件可以保持在不同的電導狀態。基于這種負光電導效應，該課題組提出了一種多態光存儲器件模型，展現了該類器件在未來低功耗多態光電存儲領域的應用潛力。
展開 其中，活性層形貌調控對于提升器件效率至關重要。然而，基于本體異質結（BHJ）結構的活性層形貌較難調控，最佳形貌通常處于亞穩態且受熱力學控制，因此，隨著時間的遷移以及外部條件的變化，BHJ活性層向著熱力學穩定狀態變化，活性層的給/受體兩相發生擴散，導致活性層中激子分離效率降低、器件性能下降。相對于BHJ，通過連續旋涂法制備的準平面異質結（PPHJ）OSCs，可以優化活性層垂直相分離形貌，促進電荷轉移和收集，同時可以提高活性層形貌穩定性，有利于獲得高效、穩定的OSCs。因此，PPHJ OSCs具有非常大的研究價值。
南昌大學/江西師范大學陳義旺教授團隊在前期的研究中引入三元準平面異質結策略，通過連續旋涂給體層PM6，混合受體層F8IC:IT-4F制備出效率為14.2%的PPHJ三元OSCs器件（PM6/F8IC:IT-4F），有效改善了活性層垂直相分布，最終優化了器件性能（Adv. Funct. Mater. 2020, 1909760）。在此基礎上，該團隊進一步將三元準平面異質結的策略應用于大面積刮涂，通過連續刮涂給體層PM6和受體混合層ICBA:IT-4F，成功得到器件效率高達14.25%（有效面積為1.04 cm2）的大面積PPHJ三元OSCs器件（PM6/ICBA:IT-4F）。（Adv. Funct. Mater. 2020, 2003223.）。
近日，該團隊繼續采用連續旋涂的方式，結合PPHJ和BHJ，以非富勒烯體系PM6:IT-4F為例，深入探究了添加劑1,8-二碘辛烷（DIO）對形貌調控的影響機制。眾所周知，溶劑添加劑被廣泛應用于調控活性層的形貌。
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，為平面異質結器件的深入研究指出了方向。
有機太陽電池（OSCs）由于其結構簡單、質量輕、可大面積制備等優點，受到了廣泛的關注。近年來，隨著新型光敏活性層材料的快速發展和對活性層形貌調控的深入理解，OSCs的能量轉換效率（PCE）不斷取得突破。其中，活性層形貌調控對于提升器件效率至關重要。然而，基于本體異質結（BHJ）結構的活性層形貌較難調控，最佳形貌通常處于亞穩態且受熱力學控制，因此，隨著時間的遷移以及外部條件的變化
【前言】
光電導效應是一種光照變化引起材料電導變化的基本物理現象。對于半導體材料，在吸收大于帶隙的入射光子能量后產生光生載流子，根據導致材料導電性的增強或減弱，光電導效應也相應分為正光電導和負光電導兩種效應。這兩種光電效應在低能耗、高頻率響應光電器件等領域展現了重要的應用前景，也受到了廣泛的研究關注。如果能夠在同一器件中同時實現正負兩種光電導效應，
