理化所在彎液面誘導制備全聚合物有機太陽能電池方面取得新進展

　　【儀表網 儀表研發】太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的光電半導體薄片，又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，在物理學上稱為太陽能光伏(Photovoltaic，縮寫為PV)。只需滿足一定照度條件的光照度，太陽能電池就可輸出電壓及在有回路的情況下產生電流。根據所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅太陽能電池、多元化合物為材料的電池、功能高分子材料太陽能電池以及納米晶太陽能電池等。
 

　　由于綠色環保，應用范圍廣等特點，太陽能電池前景十分廣闊。而想要大規模應用，太陽能電池，必須不斷改進太陽能電池的轉換效率和生產成本?；谌酆衔锏奶柲茈姵?(all-polymer solar cells) 自身良好的力學性能和優異的器件穩定性，被認為是更有可能實現未來應用的光伏器件。然而，目前報道的高效率全聚合物太陽能電池 (PCE>15%)均基于旋涂方法，而旋涂法(spin coating)存在自身浪費材料，難以大面積制備，成膜時間較短等問題，亟待開展可適用于未來規模化生產的溶液印刷方法的高效率全聚合物的太陽能電池, 其相關成膜機理也需要深入研究。
 

　　近日中國科學院理化技術研究所江雷院士、王京霞研究員團隊與北京航空航天大學化學學院霍利軍教授團隊合作開發了一種基于彎液面誘導成膜(Meniscus Assisted Coating)的光伏活性層制備技術，并選取了具有良好吸收光譜互補和電子能級匹配的聚合物給體PM6和聚合物受體PY-IT作為光活性層材料，所制備的全聚合物太陽能電池效率為15.53%，高于傳統旋涂法制備的14.58%。相關活性層形貌表征及瞬態吸收光譜動力學分析表明，基于彎液面誘導成膜法制備的活性層具有更有序的分子堆積和更為良好的纖維互穿網絡結構，因此具有更高效的電荷轉移和輸運過程。
 

　　研究團隊將彎液面誘導成膜法有效拓展至1cm×1cm器件制備(PCE>12%)和多種活性層薄膜制備，在PM6:Y6、PBDB-T:PY-IT、PM6:PYF-T-o體系均取得了15%以上的器件效率。本工作的開展不僅提供了一種簡單有效的制備全聚合物太陽能電池的溶液印刷方法，并對剪切速率的不同對成膜形貌的影響提供了重要的理論指導。
 

　　相關研究結果發表在Advanced Materials上。
 

　　參考來源：中科院理化技術研究所
 

　　相關論文
 

　　The Meniscus-assisted-coating with Optimized Active Layer Morphology towards Highly Efficient All-polymer Solar Cells
 

　　Yuchen Yue,Bing Zheng,Wenjie Yang,Lijun Huo,Jingxia Wang,Lei Jiang
 

　　First published: 21 December 2021