西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有機(jī)光電子材料及界面課題組提出了分子摻雜有機(jī)光伏器件中的活性層優(yōu)化模型，揭示了摻雜劑在其中的作用機(jī)理并提出了一種可控的高效摻雜器件制備工藝。其相關(guān)研究成果以《異質(zhì)結(jié)分子摻雜高效激子解離及長(zhǎng)載流子壽命提升聚合物太陽(yáng)能電池量子效率》為題，近日發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)能源類(lèi)旗艦期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)能源快報(bào)》上。

有機(jī)太陽(yáng)能電池的光生電荷過(guò)程包括光子吸收、激子解離、電荷傳輸與電荷收集四個(gè)基本步驟。目前針對(duì)這一光電轉(zhuǎn)化過(guò)程仍然缺少有效、直接的電學(xué)性能優(yōu)化手段。分子摻雜劑作為一種第三組分，其在體相異質(zhì)結(jié)中的分布，會(huì)直接影響摻雜效果并決定器件性能；不匹配的摻雜劑分布會(huì)導(dǎo)致?lián)诫s的“零效應(yīng)”和“負(fù)效應(yīng)”。然而，目前的研究并未明確分子摻雜劑在本體異質(zhì)結(jié)中的優(yōu)化分布，從而使得分子摻雜有機(jī)光伏器件性能優(yōu)化缺少調(diào)控目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)途徑。

為解決這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有機(jī)光電子材料及界面課題組化繁為簡(jiǎn)地設(shè)計(jì)制備了平面異質(zhì)結(jié)模型器件；從而準(zhǔn)確調(diào)控了摻雜劑在電子給體、電子受體及異質(zhì)結(jié)處的分布?？蒲腥藛T利用前期工作中提出的路易斯酸小分子三（五氟苯基）硼烷作為P型摻雜劑，發(fā)現(xiàn)摻雜劑在給—受體異質(zhì)結(jié)處的分布是實(shí)現(xiàn)器件外量子效率提升的關(guān)鍵。借助超快光譜、瞬態(tài)光電壓及光電子能譜等分析手段，科研人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)摻雜具有促進(jìn)激子分離、延長(zhǎng)載流子壽命并降低載流子傳輸復(fù)合的作用?？蒲腥藛T進(jìn)一步利用順序涂布的三層成膜方法，成功實(shí)現(xiàn)了摻雜劑在本體異質(zhì)結(jié)中的分布調(diào)控；在高效非富勒烯有機(jī)光伏體系中成功實(shí)現(xiàn)了短路電流的提升。