FNS-SD方法制備的電池解決了有機(jī)太陽能電池中聚合物存在的差異難題

近期，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院孫艷明教授和上海交通大學(xué)劉烽教授合作，在Nature Communications 上發(fā)表題為“Optimized active layer morphology toward efficient and polymer batch insensitive organic solar cells”的研究論文，報(bào)道了一種對聚合物批次不敏感的高性能有機(jī)太陽能電池的制備方法。

有機(jī)太陽能電池由于輕質(zhì)、半透明、可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)受到了科研界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。調(diào)控活性層形貌使其形成理想的雙連續(xù)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是制備高性能有機(jī)太陽能電池的關(guān)鍵。而在活性層的成膜過程中，成膜動(dòng)力學(xué)影響著薄膜的最終形貌?；旌先芤盒糠ㄊ菍?shí)驗(yàn)室制備太陽能電池活性層的最常用方法，其成膜速度快；與旋涂法相比，工業(yè)印刷法成膜速度相對較慢。在不同時(shí)間尺度內(nèi)，給受體材料的結(jié)晶和相分離行為不同，因此，如何有效調(diào)控不同成膜條件下的活性層形貌是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

圖1：（a） PT2與Y6的分子式; （b） 逐層沉積法制備流程示意圖；（c） 逐層沉積法（SD）與旋涂法（BC）制備的有機(jī)太陽能J-V特性曲線; （d） 縫模印刷法制備的大面積有機(jī)太陽能J-V特性曲線；（d）基于批次PT2的SD和BC有機(jī)太陽能的J-V特性曲線。

在本研究中，作者結(jié)合他們前期提出的“纖維網(wǎng)絡(luò)策略（FNS）”與逐層沉積法（SD），實(shí)現(xiàn)了對活性層形貌的有效控制，成功制備了大面積且對聚合物批次不敏感的高效率有機(jī)太陽能電池。PT2給體聚合物先形成纖維網(wǎng)絡(luò)薄膜，然后Y6受體小分子擴(kuò)散到到纖維網(wǎng)絡(luò)中，從而形成理想的給受體互穿網(wǎng)絡(luò)形貌。逐層沉積法制備的有機(jī)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)16.5％（中國計(jì)量院認(rèn)證效率為16.1%）。作者利用狹縫涂布法制備了大面積SD器件，當(dāng)器件有效面積為0.8 cm2時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率為14.6％。此外，作者發(fā)現(xiàn)相比較于直接旋涂法，F(xiàn)NS-SD方法提高了PT2聚合物的結(jié)晶性，減弱了PT2和Y6間相互作用，可以更有效調(diào)控活性層形貌，且形貌對聚合物批次不敏感，基于不同聚合物批次的有機(jī)光伏器件效率均高于16%。

FNS-SD方法制備的太陽能電池器件對聚合物批次呈現(xiàn)出較高的耐受性，從而解決了有機(jī)太陽能電池中聚合物存在的批次性差異難題。這一策略為有機(jī)太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化提供了重要技術(shù)支撐。
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