理化所在弯液面诱导制备全聚合物有机太阳能电池方面取得新进展
- 2022/2/2 16:56:09 16795
- 来源：化工仪器网
【仪表网 仪表研发】太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的光电半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”，在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic，缩写为PV)。只需满足一定照度条件的光照度，太阳能电池就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物为材料的电池、功能高分子材料太阳能电池以及纳米晶太阳能电池等。
由于绿色环保，应用范围广等特点，太阳能电池前景十分广阔。而想要大规模应用，太阳能电池，必须不断改进太阳能电池的转换效率和生产成本。基于全聚合物的太阳能电池 (all-polymer solar cells) 自身良好的力学性能和优异的器件稳定性，被认为是更有可能实现未来应用的光伏器件。然而，目前报道的高效率全聚合物太阳能电池 (PCE>15%)均基于旋涂方法，而旋涂法(spin coating)存在自身浪费材料，难以大面积制备，成膜时间较短等问题，亟待开展可适用于未来规模化生产的溶液印刷方法的高效率全聚合物的太阳能电池, 其相关成膜机理也需要深入研究。
近日中国科学院理化技术研究所江雷院士、王京霞研究员团队与北京航空航天大学化学学院霍利军教授团队合作开发了一种基于弯液面诱导成膜(Meniscus Assisted Coating)的光伏活性层制备技术，并选取了具有良好吸收光谱互补和电子能级匹配的聚合物给体PM6和聚合物受体PY-IT作为光活性层材料，所制备的全聚合物太阳能电池效率为15.53%，高于传统旋涂法制备的14.58%。相关活性层形貌表征及瞬态吸收光谱动力学分析表明，基于弯液面诱导成膜法制备的活性层具有更有序的分子堆积和更为良好的纤维互穿网络结构，因此具有更高效的电荷转移和输运过程。
研究团队将弯液面诱导成膜法有效拓展至1cm×1cm器件制备(PCE>12%)和多种活性层薄膜制备，在PM6:Y6、PBDB-T:PY-IT、PM6:PYF-T-o体系均取得了15%以上的器件效率。本工作的开展不仅提供了一种简单有效的制备全聚合物太阳能电池的溶液印刷方法，并对剪切速率的不同对成膜形貌的影响提供了重要的理论指导。
相关研究结果发表在Advanced Materials上。
参考来源：中科院理化技术研究所
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The Meniscus-assisted-coating with Optimized Active Layer Morphology towards Highly Efficient All-polymer Solar Cells
Yuchen Yue,Bing Zheng,Wenjie Yang,Lijun Huo,Jingxia Wang,Lei Jiang
First published: 21 December 2021
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