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适用于大面积制备的有机光伏电池表现出17%的能量转换效率

Science China Press

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IMAGE: (a) Molecular structures of PBDB-TF and BTP-4Cl-X, X represents 8, 12 or 16. (b) statistics of OPV cell under different preparation conditions. view more 

Credit: Science China Press

有机光伏(OPV)电池具有低成本溶液加工、轻质、柔性等突出技术特征。在过去几年间,随着新型材料的发展,OPV电池的能量转换效率(PCE)已经超过了16%,展示了广阔的应用前景。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)中所实现。当使用适用于制备大面积电池的溶液涂布法制备电池时,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,在国家自然科学基金委和中国科学院的支持下,中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室的侯剑辉研究团队通过受体材料结构优化,将OPV电池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-X(X = 8, 12或16)。结果表明,BTP-4Cl-12具有平衡的溶解性和聚集特性。采用该团队前期工作发展的聚合物给体材料PBDB-TF与BTP-4Cl系列受体材料共混,通过旋涂法制备的小面积(0.09 cm2)电池实现了高达17%的PCE;当使用刮刀涂布法时,1 cm2的电池仍然能够实现15.5%的PCE。这些结果均是目前OPV电池领域的突出结果。该团队与西安交通大学马伟教授团队合作进行了薄膜形貌相关的研究。结果表明,使用刮刀涂布制备的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。这项工作对开发可大面积制备的高效OPV电池具有重要的意义。

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该研究以“17% efficiency organic photovoltaic cell with superior processability ”为题发表于National Science Review。中国科学院化学研究所的姚惠峰博士为论文的通讯作者,崔勇博士为第一作者。

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwz200

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