【摘 要】
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近年来,新型非富勒受体材料（NFA）不断涌现,基于该类材料的有机体异质结光伏器件性能不断提升,单结光伏效率已超过18%。此外,由于这类材料能够通过溶液法低温制备、分子结构可塑性强、并且在红外区域有较强的光吸收,这为实现柔性,半透明光电子器件提供了重要依据。相比于传统的富勒烯受体材料,非富勒烯受体在分子结构和光电响应方面具有明显的区别,因此,深入研究其光电性质尤为重要,特别是光激发态下的激子解离与复
【基金项目】
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国家自然科学基金（项目代码:11942413、61634001、U1601651）；
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近年来,新型非富勒受体材料（NFA）不断涌现,基于该类材料的有机体异质结光伏器件性能不断提升,单结光伏效率已超过18%。此外,由于这类材料能够通过溶液法低温制备、分子结构可塑性强、并且在红外区域有较强的光吸收,这为实现柔性,半透明光电子器件提供了重要依据。相比于传统的富勒烯受体材料,非富勒烯受体在分子结构和光电响应方面具有明显的区别,因此,深入研究其光电性质尤为重要,特别是光激发态下的激子解离与复合,电荷载流子输运。本论文的研究课题将基于几种代表性非富勒烯受体材料及其体异质结太阳能电池,通过磁-光电流（MPC）,磁光致发光（MPL）,阻抗等表征手段,深入探索太阳能电池在光激发下与自旋态、缺陷态、光诱导极化、激子解离能相关的光物理现象。该类基础研究能够为光电子材料和器件物理提供重要科学依据。具体工作如下:（1）非富勒烯光伏体系中的自旋态、缺陷态、光诱导极化研究:分别制备了以PBDB-T:ITTC和PBDB-T:ITIC为光伏层的有机太阳能电池（OSCs）。实验中发现基于噻吩修饰的ITTC为受体的器件可产生较小的开路电压和较大的短路电流。通过对PBDB-T:ITTC和PBDB-T:ITIC这两种材料和器件进行形貌、缺陷态密度、磁光电流等研究,我们发现了三线态-电荷反应在光伏过程中扮演重要角色,该反应可有效利用缺陷态中的捕获电荷,使其参与反应并生成光电流,这为光电流增益提供了重要证据。此外,双光束激发证实了该类材料中存在偶极子-偶极子间相互作用,该作用能够进一步促进电子-空穴解离。相关工作已发表在Caixia Zhang,et al.Nano Energy.2020,78,105324和张彩霞等。发光学报,2020,41（12）:1000-7032。（2）非富勒烯光伏体系中自旋驱动激子解离的研究:很多非富勒烯有机体异质结打破了传统富勒烯体异质结的概念,即由给受体能量差所产生的解离能与光电流大小无关,为了澄清该科学问题,我们研究了与自旋态相关的电子-空穴解离过程。成功制备了基于PTO2:IT-4F的太阳能电池。通过磁场光电流研究,我们发现聚合物-非富勒烯电荷转移态能够有效的解离单线态偶极子对,相比于三线态,单线态具有较强的解离速率和较小的激子结合能,因此,我们得出,非富勒烯体系可获得高密度单线态激子,该效应为光电流增益提供了必要条件。本论文图32幅,表6个,参考文献194篇
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