??有機光伏電池相較于其他太陽能電池，其活性層的電荷復合率過高，導致電池工作時空穴-電荷分離程度不足，器件性能下降。近年來，新型有機光伏電池往往采用電子給體和受體兩種材料組成活性層，可有效抑制電荷復合，同時，提高活性層的介電常數(shù)可有效增強其極化能力，有利于空穴與電荷的分離，但隨之而來的是器件其他性能的下降。研究者始終在尋找一種新的活性層修飾手段，修飾前后器件性能差異不大，但活性層的介電常數(shù)有一定差距，從而可研究提高介電常數(shù)對電池中電荷復合動力學的影響。

基于此背景，近日，美國加州大學圣塔芭芭拉分校的 Thuc-Quyen Nguyen教授聯(lián)合美國佐治亞理工學院的Seth R. Marder教授在國際權(quán)威刊物《Advanced Functional Materials》上發(fā)表了名為“Charge Recombination Dynamic in Organic Photovoltaic Systems with Enhanced Dielectric Constant”的論文。兩位學者及其團隊將富勒烯衍生物（PC60BM）及其三甘醇改性后的（TEG-PC60BM）作為活性層受體材料，聚己基噻吩（P3HT）和聚苯并噻吩衍生物（PTB7-Th）作為電子給體材料，組裝了電池器件。結(jié)果表明，含有TEG-PCBM的活性層具有更高的介電常數(shù)，器件其他性能參數(shù)與含PC60BM相比變化不大，但填充因子（FF值）上升明顯，對應于電荷復合率的下降。

如圖1和表1所示，當使用相同的給體材料時，受體材料含三甘醇結(jié)構(gòu)組成的活性層擁有更高的介電常數(shù)，此外，幾種器件的基本性能參數(shù)，例如短路電流Jsc、開路電壓Voc和功率轉(zhuǎn)換效率PCE變化極小，但填充因子FF值卻明顯增加。 

圖1. 電子給體：(A) P3HT；(B) PTB7-Th；電子受體：(C) PC60BM；(D) TEG- PC60BM的化學結(jié)構(gòu)

表1. 含有不同活性層的有機光伏電池的性能

研究者進一步對不同光強度下的器件填充因子變化展開研究，如圖2所示，引入介電常數(shù)更高活性層的器件FF值對光強度的依賴性大大下降，結(jié)合電荷復合動力學公式推導發(fā)現(xiàn)，這樣的結(jié)果對應于活性層中雙分子電荷復合過程向單分子轉(zhuǎn)變，整體效果體現(xiàn)為電荷復合被抑制，F(xiàn)F值提高，理論上器件性能將會有一定的提升。該研究有望在未來通過調(diào)控活性層介電常數(shù)的高低實現(xiàn)有機光伏電池整體性能的調(diào)控。

圖2. 器件的填充因子隨光強度變化曲線