在刮膜印刷过程中调控非富勒烯受体材料获得超过9.5%能量转换效率的有机太阳能电池

有机太阳电池是实现高效率、低成本、环境友好地利用可再生能源的重要技术,其优异的可溶液加工性让大规模制造变得简单,具有巨大的商业开发价值和应用前景。特别是近年开始研究的非富勒烯受体材料,能有效地克服富勒烯衍生物受体缺点,如吸收和能级不易调节等,实现高效率能量转换。凭借这些新优势,有机非富勒烯太阳能单结电池效率已超过14%,叠层器件效率超过15%。但是,已报道的这些高效率器件都采用了小面积旋涂法制备,且衬底采用昂贵的ITO电极,与低成本工业化卷对卷大面积生产极不匹配。因此,关于非富勒烯有机太阳能电池大面积印刷技术亟需研究。

最近,暨南大学侯林涛研究员课题组(第一作者硕士生林源宝)联合林雪平大学张凤玲教授及上海交通大学刘烽教授,采用刮膜印刷技术,制备出转换效率为9.54%的非富勒烯有机太阳电池。将这一体系转移到大面积(2.03 cm2)柔性无ITO结构,用刮膜印刷法成功制备出转换效率为7.60%的柔性无铟非富勒烯有机太阳能电池,该效率是目前大面积柔性非富勒烯太阳电池最高报道效率之一。

在刮膜印刷过程中调控非富勒烯受体材料获得超过9.5%能量转换效率的有机太阳能电池

瞬态蒸发动力学过程、接触角、表面能和X射线光电子能谱等测试表明,在高沸点添加剂二碘辛烷较长的刮膜蒸发过程中,部分ITIC非富勒烯受体小分子会从活性层底部自主迁移到活性层顶部,从而导致PTB7-Th:ITIC界面电荷转移态发生改变,这也与器件的开路电压变化相一致。该工作通过简单的添加少量高沸点溶剂二碘辛烷,在刮膜印刷过程中较易的实现:优化的纵向给体/受体分子空间分布、分子结晶堆积以及横向相分离形貌,在经典的PTB7-Th:ITIC非富勒烯体系中实现了刮膜印刷高效率有机非富勒烯光伏器件。该研究成果为产业化大面积印刷非富勒烯有机太阳能电池研究提供了一种简单易行的新方法和新思路。

相关工作发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201701942)上。

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