科研人員採用揮發性固體添加劑優化有機太陽能電池活性層形貌

有機太陽能電池憑藉其質輕、柔軟並且可製備大面積器件等突出優點，被認為是具有重大應用前景的新能源技術。由於本體異質結太陽能電池的光伏性能很大程度上依賴活性層的形貌，中國科學院化學研究所高分子物理與化學實驗室研究員侯劍輝課題組開展了一系列關於優化活性層形貌的工作（Adv. Mater.2012, 24, 6335-6341；J. Phys. Chem. C2013, 117, 14920-14928；Adv. Mater.2017, 29, 1703777）。作為優化有機太陽能電池活性層形貌的主要方法，使用高沸點溶劑添加劑，例如1,8-二碘辛烷，能夠有效提高器件的光伏性能。但這種方法在有機太陽能電池的大規模生產中存在嚴重的問題，尤其是殘留的高沸點溶劑添加劑會影響器件的穩定性以及重現性。近年來，非富勒烯受體由於其具有強吸收、高度可調性以及良好穩定性，引起領域內的廣泛關注並取得了十分突出的結果。隨著對這類非富勒烯太陽能電池的深入研究，研究人員發現這類受體分子端基的堆積結構對其電荷傳輸性能有重要影響。

近期，在國家自然科學基金委、科技部和中科院的支持下，研究人員根據非富勒烯受體的分子結構特點，設計併合成了一類可揮發的固體添加劑。這類可揮發固體添加劑具有與非富勒烯受體端基相似的化學結構，能有效促進非富勒烯受體的有序排列，提高活性層電荷傳輸性能，從而有效提高了器件的光電轉化效率。研究人員詳細研究了添加劑對活性層形貌的影響並提出了這類添加劑的工作機制，並且還通過實驗證明，相比於溶劑添加劑處理的電池器件，採用揮發性固體添加劑製備的器件具有更好的穩定性和重現性。研究結果發表在近期的《自然-通訊》上（Nat. Commun.2018, 9, 4645）。

圖：可揮發固體添加劑的工作機制示意圖以及所優化的器件性能

來源：中國科學院化學研究所

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