有机太阳能电池的激子分离与电荷复合均发生在由电子给体和受体材料组成的异质结处，异质结电学性能的优化对提高光生电流和降低电压损失具有重要意义。近日，西安交通大学材料科学与工程学院研究人员发现了一种基于分子掺杂的有机异质结性能优化策略。研究成果以“Identifying the Electrostatic and Entropy-Related Mechanisms for Charge-Transfer Exciton Dissociation at Doped Organic Heterojunctions”为题，发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。

异质结掺杂的局域电场和熵调控机制

　　区别于当前常用的分子结构设计和微观形貌优化策略，研究人员将电子掺杂作为一种直接的电学性能调控手段应用在有机异质结处。研究发现，平面双层器件异质结处的分子掺杂可同时提升有机太阳能电池的三项基本参数(短路电流、开路电压和填充因子)，其中短路电流的提升幅度更是可以达到20%以上。借助电荷转移态能级测定与能量损失细节分析，研究人员发现异质结掺杂能拉高电荷转移态的能级，同时抑制器件的非辐射能量损失，进而提升器件的开路电压。短路电流的大幅提升则源于界面处局域电场增强和电流活化能减少的双重作用。通过详细的器件物理表征，研究人员首次将光电流的活化能降低与异质结处的态密度熵建立起直接联系，并据此提出了一种基于态密度熵调控的激子分离效率提升策略。该策略有望在分子结构设计和微观形貌优化的基础上进一步提升有机太阳能电池的光电转化效率。