结晶性匹配在提升全聚合物太阳能电池性能中的重要作用

AFM-mawanli最近,苏州大学马万里教授研究团队首次通过系统的聚合物受体材料设计,调节了给体-受体聚合物材料结晶匹配性,使得全聚合物体异质结共混薄膜形貌得到可控调节,实现了全聚合物太阳能电池光电转换效率从4.0 %到6.0 %的提高。该团队通过测量随温度变化的紫外-可见光光谱,和美国劳伦斯伯克利国家实验室合作进行掠入式广角X射线散射(GIWAXS)测试,研究了具有不同结晶性的聚合物受体材料的共混膜的形貌、相分离、分子排列以及晶粒大小等微观相行为。结果显示,结晶性匹配的给-受体聚合物的搭配能有效促进活性层自组装形成纳米纤维结构,相分离大小更加适中,太阳能电池的短路电流密度和填充因子能得到明显的提升。另一方面,如选用结晶性较强的受体聚合物则会抑制给体聚合物的分子聚集,增加相分离的尺度,打破聚合物-聚合物共混膜结晶性的平衡,增强电荷复合,不利于载流子传输。实验数据证明:聚合物给体和聚合物受体在结晶性方面的协同作用使得体系形成理想的相分离结构,这种纳米结构能够有效减少电荷复合,从而大幅度提升器件的光电转换效率。因此,对受体聚合物材料的结晶性进行微细调节,可以为进一步优化全聚合物有机太阳能电池提供帮助。相关论文发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201601037)上。