Advanced science:有机太阳能电池如何取得稳定性并走向商业化 – 现状总结与展望

从钻木取火,直至21世纪,人类文明的发展本质上是能源利用能力的发展。随着全世界对于能源需求的日益提升,以及人们逐步认识到化石燃料使用对于环境的严峻污染, 发展绿色可持续再生能源,尤其是太阳能,近年来变成了一个必然的趋势。有机太阳能电池作为新兴绿色能源技术的一种,相比于传统硅基太阳电池有着质量轻、柔性、低成本的优势。特别是近两年来,有机太阳能电池的光转化效率取得了突飞猛进的发展,使其未来的商业化道路变得近在咫尺。科学界普遍认为有机太阳能电池即将成为硅基太阳能电池的强劲对手,并变成未来绿色新能源的一种必然选择。然而有机太阳能电池相对较差的稳定性作为其商业化道路上的重要阻碍,最近更是变成了一个必须要解决的问题并聚焦了多方学者的目光。在不稳定因素例如光热,压力等影响下,大多有机太阳能电池会面临严重的性能衰减。取得如硅基电池一样的长时间稳定性,对于有机太也能电池来说仍然是一个很大的挑战。近年来关于有机太阳能稳定性的研究数量开始出现井喷式增长。得益于这些研究,科学界对于有机太阳能电池背后的衰减机理有了更深刻的认识,并已经发展出了诸多提高其稳定性的可行方法。令人欣喜的是,最近已经有一些特定种类的有机太阳能电池被证明了可以具有长时间的稳定性。Brabec 研究组近期的工作指出了特定非富勒烯有机太阳能电池的寿命可以长达10年之久。Forrest 研究组更是证明了一种户外预测寿命可以长达27000年的全热蒸发制造的单节有机太阳能电池。

澳大利亚新南威尔士大学段磊平博士结合其团队多年来对于有机太阳能电池的工作经验,综述了近年来多方关于有机太阳能电池稳定性的研究进展,并基于这些研究做出了分析与总结,且提出了对未来有机太阳能稳定性发展的可靠性建议。该论文首先归纳了有机太阳能电池衰减的机理和不稳定的主要因素,包括了天生的器件内部不稳定性,光致衰减,热致衰减,氧气水分渗透影响以及外部压力影响等。之后,着重指出和讨论了当前科学界对于有机太阳能电池稳定性测试的不一致性,并指出了对于运用ISOS稳定性测试标准重要性。接着,该论文全面分析总结了近年来提出的提高有机太阳能稳定性的各种方法,例如设计新型高稳定性的有机吸光材料以及空穴电子传输材料,用三元或单元等方法优化吸光层稳定性,优化器件结构,和优化器件制造工艺等。最后,该综述对于有机太阳能电池稳定性的研究瓶颈进行了深入探讨,并对该领域未来发展的方向进行了建议于展望。该工作将帮助研究人员了解这一新兴领域面临的挑战和机遇,加深国内外同行对有机太阳能电池稳定性的认识,同时也对未来有机太阳能电池的研发,利用以及商业化具有重要指导意义。

相关论文在线发表在Advanced Science(https://doi.org/10.1002/advs.201903259)上。