可以调控活性层形貌的高分子太阳能电池阳极界面层

与基于无机材料的太阳能电池相比,高分子太阳能电池具有柔性、溶液加工、成本低的突出优点,受到了学术界的广泛关注和深入研究。高分子太阳能电池的活性层是给体材料和受体材料的共混物,共混物的相分离形貌对于器件性能非常重要。由于常用阳极界面材料PEDOT:PSS的表面能大,活性层成膜时,给体材料易于在上表面阴极一侧富集,受体材料易于在下表面阳极一侧富集,这种纵向分布不利于活性层中载流子的传输和收集,降低了正置器件的性能。针对该问题,中国科学院长春应用化学研究所刘俊团队,通过在活性层下方引入一层具有低表面能的阳极界面材料,改善了活性层成膜时给体材料和受体材料的纵向分布,提升了器件性能。相关论文发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201503833)上。AFMliujun

通过在给体材料PTB7的侧链末端引入可交联的乙烯基官能团,开发了阳极界面材料PTB7-TV。PTB7-TV的化学结构中不含极性组分,因此表面能较低,侧链末端的乙烯基官能团在紫外光照射或加热的条件下可以发生交联,因此能够采用溶液加工的办法制备多层器件。实验表明,在基于PTB7:PC71BM活性层的正置器件中,引入交联的PTB7-TV阳极界面层,改进了活性层中给体材料和受体材料的纵向分布,使给体材料更倾向富集于阳极一侧,受体材料更倾向富集于阴极一侧,同时,给体受体共混的相分离尺度也明显减小,这两方面的改进提高了器件性能。最终,PTB7-TV层的引入使器件的能量转化效率由7.41%提升到8.55%。这种低表面能的阳极界面材料的开发,为调控高分子太阳能电池的活性层形貌,发展高性能正置器件,提供了新途径。