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中科院化学所侯剑辉研究员团队:易于实现大面积制备的高效率有机光伏电池
2020-01-16  来源:中国科学杂志社

  过去几年间,加工成本低、质轻、性柔的有机光伏(OPV)电池快速发展,能量转换效率(PCE)已经超过了16%,展示出广阔的应用前景。

  但是,这些结果通常是在采用旋涂方式制备的小面积OPV电池(小于0.1 cm2)中实现的。当使用溶液涂布法制备大面积电池时,由于溶剂挥发过程的显著改变,OPV材料将形成更大的聚集体,导致光伏活性层中发生较严重的相分离。因此,领域内亟待发展适用于大面积溶液涂布法制备的高效率OPV电池。

  最近,中国科学院化学研究所侯剑辉研究员团队通过受体材料结构优化,将OPV电池的PCE提升到17%,且该电池具有优异的大面积制备特性

  该团队通过适当的分子优化方法,设计并合成了非富勒烯受体BTP-4Cl-XX = 8, 1216)。实验显示,BTP-4Cl-12具有平衡的溶解性和聚集特性。

BTP-4Cl-X的分子结构

  更进一步,该团队将BTP-4Cl系列受体材料与前期工作中发展的聚合物给体材料PBDB-TF共混,并分别利用旋涂法和刮刀涂布法制备OPV电池。

旋涂法(a)和刮刀涂布法(b)的成膜过程

  结果,通过旋涂法制备的小面积(0.09 cm2)电池实现了高达17%的能量转换效率;使用刮刀涂布法制备的1 cm2电池仍然能够实现15.5%PCE。这些结果均是目前OPV电池领域的突出结果。

器件在不同加工条件下的能量转换效率(PCE

  该团队还与西安交通大学马伟教授团队合作,对薄膜的形貌进行了研究。结果表明,使用刮刀涂布法制备的BTP-4Cl-12电池,具有良好的相分离形貌,有利于载流子传输和抑制电荷复合。

不同加工条件下电池薄膜的AFM相图

  这项工作对开发可大面积制备的高效OPV电池具有重要意义,以“17% efficiency organic photovoltaic cell with superior processability”为题发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR)。中国科学院化学研究所姚惠峰博士为论文通讯作者,崔勇博士为第一作者。

  论文链接:

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(责任编辑:xu)
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