平面異質(zhì)結(jié)器件的案例
Mater》：全綠色溶劑處理的高效平面異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池
江西師范大學(xué)陳義旺教授、廖勛凡教授團(tuán)隊(duì)報(bào)導(dǎo)了一種有效的器件制備策略，通過(guò)調(diào)節(jié)材料的溶解度和結(jié)晶性，使用綠色正交溶劑實(shí)現(xiàn)了高效平面異質(zhì)結(jié)器件的成功制備，該結(jié)構(gòu)可以最大程度地減少材料相容性以及制備過(guò)程對(duì)底層沖刷的影響，具有清晰的D/A接觸界面，并且兩層的獨(dú)立處理可提供最佳的自聚集形態(tài)，更有效的電荷傳輸通道以及良好的給受體包裝狀態(tài)，為平面異質(zhì)結(jié)器件的深入研究指出了方向。
有機(jī)太陽(yáng)電池技術(shù)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(zhuǎn)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(yōu)點(diǎn)，在科學(xué)界引起了廣泛的關(guān)注。其中，器件工程是提高有機(jī)太陽(yáng)能電池光伏性能的一條有效途徑。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的本體異質(zhì)結(jié)（BHJ）結(jié)構(gòu)器件存在著相形貌不穩(wěn)定，材料溶解性限制等問(wèn)題，近年來(lái)新興的準(zhǔn)平面異質(zhì)結(jié)（PPHJ）結(jié)構(gòu)的器件同樣被溶劑沖刷損耗以及難以滿(mǎn)足大面積印刷技術(shù)的要求等問(wèn)題所困擾。然而，這些問(wèn)題可以通過(guò)傳統(tǒng)的平面異質(zhì)結(jié)（PHJ）結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用所解決。在實(shí)驗(yàn)室制備的過(guò)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(shí)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(jī)太陽(yáng)能電池（OSC）的過(guò)程中，卷對(duì)卷印刷和噴墨印刷之間的應(yīng)力方向差異可能會(huì)影響聚合物鏈段的分子堆積方向和相分離，這些負(fù)面影響也可以通過(guò)采用正交溶劑的方法得到緩解，因此PHJ結(jié)構(gòu)也更適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。因此，本文選擇了PM6:BO-4F體系為研究對(duì)象，通過(guò)將順序旋涂策略和正交溶劑策略相結(jié)合來(lái)制備PHJ有機(jī)太陽(yáng)能電池。
展開(kāi) ACS Nano：南大繆峰教授課題組在二維材料異質(zhì)結(jié)光電器件領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展
這兩種光電效應(yīng)在低能耗、高頻率響應(yīng)光電器件等領(lǐng)域展現(xiàn)了重要的應(yīng)用前景，也受到了廣泛的研究關(guān)注。如果能夠在同一器件中同時(shí)實(shí)現(xiàn)正負(fù)兩種光電導(dǎo)效應(yīng)，以及這兩種效應(yīng)之間的高效調(diào)控，將有望為發(fā)展新型光電探測(cè)器、高性能光電存儲(chǔ)器等應(yīng)用提供新的思路。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，南京大學(xué)物理學(xué)院繆峰教授課題組首次在基于浮柵的范德華異質(zhì)結(jié)中同時(shí)觀察到正光電導(dǎo)和負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)，并且實(shí)現(xiàn)了兩種效應(yīng)之間的柵壓可控轉(zhuǎn)換。在這項(xiàng)工作中，課題組首先利用二維材料可控轉(zhuǎn)移技術(shù)制備了具有浮柵結(jié)構(gòu)的范德華異質(zhì)結(jié)（ReS2，hBN，MoS2分別作為溝道層，勢(shì)壘層，浮柵層）。這種異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出超過(guò)107的高開(kāi)關(guān)比、超過(guò)104s的阻態(tài)保持時(shí)間等優(yōu)異的存儲(chǔ)性能，這來(lái)源于浮柵層對(duì)溝道層載流子濃度的有效調(diào)控。該工作發(fā)現(xiàn)光照也可以有效地控制溝道層與浮柵之間的載流子轉(zhuǎn)移。從而同樣實(shí)現(xiàn)對(duì)溝道載流子濃度的調(diào)控。通過(guò)控制載流子的轉(zhuǎn)移過(guò)程，有希望實(shí)現(xiàn)正負(fù)光電導(dǎo)之間的相互轉(zhuǎn)換。在實(shí)驗(yàn)上，通過(guò)對(duì)具有浮柵結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)分別施加正負(fù)脈沖柵壓，在撤去脈沖后，器件分別展示出了正光電導(dǎo)和負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)，兩種效應(yīng)之間可以通過(guò)柵壓調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)在不同功率的光照射下，器件可以保持在不同的電導(dǎo)狀態(tài)?；谶@種負(fù)光電導(dǎo)效應(yīng)，該課題組提出了一種多態(tài)光存儲(chǔ)器件模型，展現(xiàn)了該類(lèi)器件在未來(lái)低功耗多態(tài)光電存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
展開(kāi) ：準(zhǔn)平面異質(zhì)結(jié)助力揭示有機(jī)太陽(yáng)電池形貌演變
其中，活性層形貌調(diào)控對(duì)于提升器件效率至關(guān)重要。然而，基于本體異質(zhì)結(jié)（BHJ）結(jié)構(gòu)的活性層形貌較難調(diào)控，最佳形貌通常處于亞穩(wěn)態(tài)且受熱力學(xué)控制，因此，隨著時(shí)間的遷移以及外部條件的變化，BHJ活性層向著熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)變化，活性層的給/受體兩相發(fā)生擴(kuò)散，導(dǎo)致活性層中激子分離效率降低、器件性能下降。相對(duì)于BHJ，通過(guò)連續(xù)旋涂法制備的準(zhǔn)平面異質(zhì)結(jié)（PPHJ）OSCs，可以?xún)?yōu)化活性層垂直相分離形貌，促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移和收集，同時(shí)可以提高活性層形貌穩(wěn)定性，有利于獲得高效、穩(wěn)定的OSCs。因此，PPHJ OSCs具有非常大的研究?jī)r(jià)值。
南昌大學(xué)/江西師范大學(xué)陳義旺教授團(tuán)隊(duì)在前期的研究中引入三元準(zhǔn)平面異質(zhì)結(jié)策略，通過(guò)連續(xù)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(yōu)化了器件性能（Adv. Funct. Mater. 2020, 1909760）。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將三元準(zhǔn)平面異質(zhì)結(jié)的策略應(yīng)用于大面積刮涂，通過(guò)連續(xù)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(dá)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(tuán)隊(duì)繼續(xù)采用連續(xù)旋涂的方式，結(jié)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(duì)形貌調(diào)控的影響機(jī)制。眾所周知，溶劑添加劑被廣泛應(yīng)用于調(diào)控活性層的形貌。
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