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    華南理工大學黃飛教授和應磊研究員:使用綠色添加劑實現高效厚膜全聚合物太陽電池
    2019-12-05  來源:高分子科學

      有機光伏電池作為一類新型光電器件,因具有材料選擇余地大、分子結構裁剪性強、可加工性好、易“卷對卷”連續印刷、對環境友好等諸多優勢,在信息、能源等領域顯示了巨大潛在應用價值,開辟了低成本、高性能太陽電池制備的新途徑。在有機光伏器件中,全聚合物太陽電池是一種活性層給體和受體材料均為聚合物的電池器件,由于其良好的熱穩定性和機械穩定性而被認為是一種極具潛力的低成本電池器件。然而到目前,全聚合物太陽電池由于聚合物受體的各向異性電荷傳輸,以致其功率轉換效率對活性層厚度特別敏感,通常最優的活性層厚度被限定在100 nm,增加活性層厚度會使功率轉換效率迅速下降。因此,探索制備活性層厚度不敏感的高效全聚合物太陽電池,對于將來實現高效全聚合物太陽電池大規模印刷具有重要意義。

      基于上述背景,華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室黃飛教授和應磊研究員等在主溶劑環戊基甲醚中引入一種高沸點的綠色溶劑添加劑二芐基醚(DBE)來加工PTzBI-Si:N2200全聚合物太陽電池器件(圖1),10%體積分數DBE的引入有效調節了聚合物的聚集結晶、改善載流子遷移率以及聚合物共混膜的相分離形貌,從而在520 nm活性層厚度下獲得了9%的功率轉換效率,是目前報道的大于500 nm厚膜全聚合物太陽電池最高的效率。此外,作者在其他主溶劑中引入綠色添加劑DBE也加工得到了其他高效聚合物太陽電池體系,并且也實現了膜厚不敏感的高效聚合物太陽電池,證實了綠色添加劑DBE的通用性。這項工作提供了一種實現膜厚不敏感的高效全聚合物太陽電池新策略。

    圖1. PTzBI-Si, N2200和DBE的化學結構圖以及全聚合物光伏器件效率與活性層厚度關系圖

      李振業博士研究生是該論文的第一作者,應磊研究員黃飛教授為通訊作者。該項工作得到國家自然科學基金(Nos. 21822505, 91633301, 51673069, 和21520102006),東莞市核心科技攻關項目(No. 2019622163009)以及東莞市創新科研團隊項目(No. 2018607201002)的資助。該工作即將發表于Chinese Journal of Polymer Science。

      論文鏈接https://link.springer.com/article/10.1007/s10118-020-2356-3

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