EcoMat:刮涂制备效率超过15%的大面积有机太阳能电池

有机太阳能电池因具备柔性、质轻、可溶液加工、宽光谱响应以及可采用卷对卷印刷工艺制备大面积器件等诸多优点而获得了学术界和工业界的广泛关注和高度重视。近年来,非富勒烯类小分子受体材料获得了快速发展,单结有机太阳能电池的光电转换效率已经超过17%。然而,这些高效的有机太阳能电池大多是在惰性气体中通过旋涂工艺制备的小面积器件,这与未来的大规模生产较难兼容。而作为一种可与大规模卷对卷印刷加工相兼容的涂膜技术,刮刀涂布是实现有机太阳能电池大面积制备的有效方法。但是,目前通过刮涂法制备的有机太阳能电池,其效率远低于旋涂法制备的器件。

最近,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室黄飞教授团队在大面积可印刷的有机太阳能电池方面取得重要进展。研究人员发现,当采用刮涂法加工活性层PM6:Y6时,所获得的小面积刮涂器件的效率只有13.2%,远低于相应的旋涂器件的效率(15.8%)。然而,当少量的聚合物n型半导体N2200被添加到PM6:Y6中,所获得的小面积刮涂器件的效率可达到16%。进一步的研究表明,在刮涂PM6:Y6活性层时,非富勒烯受体Y6形成了大的聚集体;而PM6:Y6:N2200体系在刮涂成膜时,N2200能够有效地拟制受体Y6的过度聚集,从而形成较好的相分离结构,促进激子的解离和载流子的传输。最后,研究人员采用刮涂加工PM6:Y6:N2200活性层体系,获得了效率超过15%的有机太阳能电池大面积器件(1cm2)。该工作为制备高效的大面积有机太阳能电池提供了一种有效的策略。相关研究成果以“Suppressing the excessive aggregation of non-Fullerene acceptor in blade-coated active layer by using n-type polymer additive to achieve large-area printed organic solar cells with efficiency over 15%”为题发表在EcoMat上(DOI: 10.1002/eom2.12006)。