采用环境友好的简单溶剂制备高效聚合物太阳能电池

AEMhoujianhui相对于传统的无机太阳能电池,聚合物太阳能电池具有轻、柔、可大面积印刷等优势。由于聚合物太阳能电池的光活性层通常采用溶液旋涂的方式进行加工,溶剂的选择对其形貌以及电池的能量转化效率至关重要。目前,氯仿,氯苯,邻二氯苯等溶剂是器件制备过程中最常用的溶剂,但是这些含卤溶剂会对环境造成严重的污染,因而被禁止大规模使用。另一方面,使用单一的溶剂很难获得具有理想相分离尺度的活性层,所以研究者们开发了许多加工工艺来优化活性层的形貌,比如添加高沸点溶剂添加剂或退火处理等。但是,这些复杂的形貌优化方法往往给大面积印刷过程带来诸多麻烦,比如:高沸点(约300℃)添加剂组分难以挥发,极易残留在电池中,进而对电池的效率以及结果重现性造成不良影响。因此,发展一种简单的、环境友好的加工工艺对于聚合物太阳能电池技术的应用具有重要意义。

最近,中国科学院化学研究所侯剑辉研究员及其团队率先将一种非卤溶剂——邻甲基苯甲醚应用到聚合物太阳能电池的制备过程中,并取得了突出成果。对于给受体为PBDT-TS1/PC71BM聚合物太阳能电池,在无需添加剂和其他后处理的情况下,使用邻甲基苯甲醚制备的器件可获得高达9.67%的能量转换效率,其中开路电压为0.79V,短路电流为17.39mA/cm2,填充因子为0.704。这一结果不仅与该材料在传统二元体系(二氯苯/1,8-二碘辛烷)下所得结果相当,而且是目前使用单一溶剂所能获得的最高效率。此外,将这种加工方法应用于另一种经典的PTB7-Th材料上,也获得了同二元体系下相当的效率。通过使用原子力显微镜和透射电镜对薄膜形貌进行表征,他们发现使用绿色单一溶剂邻甲基苯甲醚可以获得与传统二元体系相似的活性层形貌。这项研究表明完全有可能使用绿色的单一溶剂代替传统的二元体系制备高效聚合物太阳能电池,这为寻找新型加工溶剂及简化加工工艺提供了新的思路。相关结果已发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201502177)上。

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