Solar RRL:绿色溶剂加工全聚合物太阳电池效率突破14%

全聚合物太阳电池因其具有优异的形貌稳定性和机械稳定性,是未来实现有机太阳电池技术商业应用的理想候选之一,引起了科研人员的广泛关注。近年来,由于聚合物材料设计和器件工程的突破性进展,全聚合物太阳电池的效率提升迅速。但是目前报道的高效率全聚合物器件大多是由对人体和自然环境有害的卤素溶剂加工而成,严重限制了有机太阳电池的大规模制备。因而,研究高效的非卤溶剂加工的全聚合物太阳电池对其商业开发至关重要。

华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室张凯等就这一问题,在前期开发的高效全聚合物受体PJ1的基础上,使用非卤溶剂o-XY,制备了基于PBDB-T:PJ1的高效全聚合物太阳电池。有趣的是,器件效率能简单地通过增加加工浓度/旋涂速度(确保同一活性层厚度的情况下)而提高到14.3%。该研究团队就这一现象进行了深入的分析,发现这主要是由于高转速产生了较大的离心力,从而缩短了成膜时间,进而抑制了PJ1的过度聚集现象,最终获得了具有更理想相尺寸的共混膜。尽管高转速被证明是抑制受体过度聚集的一种有效方法,但其苛刻的加工条件(25 mg mL-1,6000 rpm)并不利于大面积有机太阳电池的开发:一方面高浓度意味着材料利用率低,另一方面也不利于在大面积制备过程中进行很好地重复。基于此,研究人员设计了另一种聚合物受体材料PJ2,其具有与PJ1相似的主链,但较PJ1的结构多引入了一个额外的噻吩单元。PJ2表现出弱得多的聚集特性,并被用作相容剂加入PBDB-T:PJ1体系中以改善PBDB-T与PJ1之间的互溶性,从而有效抑制了PJ1的过度聚集。最终在温和的加工条件下(15 mg mL-1,1500 rpm),获得了器件效率为14.28%的三元全聚合物太阳电池。

该研究加深了对高沸点,非卤代溶剂加工聚合物受体聚集行为的认识,提出了有效抑制聚合物受体过度聚集从而实现温和加工条件下高效全聚合物太阳电池的有效策略,为高稳定性大面积全聚合物太阳电池模组的开发提供了参考。

论文信息:

NonHalogenated Solvent Processed HighPerformance AllPolymer Solar Cell with Efficiency over 14%

Jiabin Zhang, Tao Jia, Ching-Hong Tan, Kai Zhang*, Minrun Ren, Sheng Dong, Qinghua Xu, Fei Huang, Yong Cao

Solar RRL

DOI:10.1002/solr.202100076