结构决定性能:有机光伏器件

When Function Follows Form: Effects of Donor Copolymer Side Chains on Film Morphology and BHJ Solar Cell Performance

与无机的光伏器件相比,有机光伏器件(Organic Photovoltaic Devices)的生产成本低,而且生产过程更为灵活。所以基于高分子半导体的有机光伏器件越来越引起更多的关注。在最近的一篇报导中,J.M.Szarko等通过研究有机光伏器件中薄膜的结构,对下一代材料和器件的设计提出了新的认识。

通过使用掠入式x射线散射(Grazing Incidence X-ray Scattering)方法,来自美国西北大学,阿贡国家实验室和芝加哥大学的研究者们从一系列具有不同烷基侧链的高分子薄膜中获得了详细的结构信息。他们发现平行的,相对排列的高分子链是光伏器件获得最高效率的关键。这样的排布能有效地提高分子链之间的接触以及电极的表面积。而对于提高薄膜中π-π堆垛间距的侧链,则会降低器件的能量转化效率。进一步地,他们还发现了高分子链排列方式与(器件功率/理论功率)比例之间的一个关系 – 称之为填充因子(Fill Factor)。高分子链排列地越紧密,其填充因子就越高。另外,通过比较是否带有电子受体材料的两种高分子薄膜,他们发现通过优化π-π堆垛和加入电子受体材料之间的平衡可以获得具有最优性能的光伏器件。

高分子薄膜结构与器件性能的关联为未来光伏器件用高分子薄膜的研发提供了新的途径。对塑料太阳能电池来说:结构决定性能。

J. M. Szarko, et al., Adv. Mater. , 2010; DOI: 10.1002/adma.201002687

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