【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】有機太陽能電池(OSC)具有重量輕、吸收范圍廣、制備工藝簡單及無污染等獨特優(yōu)勢。光伏材料和器件工程的飛速發(fā)展，加快了有機太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進程。有效提高有機太陽能電池的穩(wěn)定性是實現(xiàn)實際應(yīng)用所面臨的問題。與無機太陽能電池不同，有機太陽能電池可應(yīng)用于柔性和可穿戴電子領(lǐng)域，因此對活性層提出了更嚴格的要求。作為有機太陽能電池光電轉(zhuǎn)換核心的活性層材料、分子排列和網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，是影響其柔性和穩(wěn)定性的重要因素。一般情況下，活性層為亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，分子會隨著時間的推移扭曲、蠕動，導(dǎo)致材料之間的分層，從而影響激子離解和電荷提取。另外，由于工作環(huán)境或基底的不同，有源層和傳輸層之間的層間作用對器件熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性也尤其重要。因此，調(diào)節(jié)活性層中的分子堆積和糾纏、改變活性層的內(nèi)部和表面特性，對提高器件機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性具有重要意義。
近期，中國科學院青島生物能源與過程研究所先進有機功能材料與器件研究組分別利用兩種具有不同側(cè)鏈的聚合物給體(PBB1-Cl、PBB2-Cl)作為第三組分來精細調(diào)節(jié)活性層內(nèi)部及表面特性，以改善有機太陽能電池的性能。PBB1-Cl、PBB2-Cl的良好平面性顯著增加了分子間排列的重疊區(qū)，特別是PBB1-Cl擁有一維側(cè)鏈，可降低分子間的空間位阻，使活性層的分子間緊密堆積和纏結(jié)顯著增強。研究表明，加入20·wt%的PBB1-Cl后，基于PM6:PBB1-Cl:Y6-BO-4Cl三元共混膜的斷裂伸長率提高了4.6倍(26.86%)，相應(yīng)器件的轉(zhuǎn)換效率(PCE)從15.83%提高到17.36%。PBB1-Cl基三元共混膜與傳輸層之間較小的表面能γs差有降低層間分離的可能性。同時，三元共混膜的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度Tg提高，吸收光譜的溫度敏感性降低，使得活性層的熱穩(wěn)定性得到改善。PBB1-Cl基柔性三元有機太陽能電池的PCE在直徑為10·mm時500次彎曲或100℃退火24小時內(nèi)仍保持在74%以上。結(jié)果表明，增強活性層中的分子間重疊緊密堆積優(yōu)化活性層內(nèi)外特性對于改善有機太陽能電池的光伏性能、機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性具有潛力。
相關(guān)成果發(fā)表在Energy & Environmental Science上。研究得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃和山東能源研究院探索基金項目的支持。
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