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  過去幾年間，加工成本低、質(zhì)輕、性柔的有機(jī)光伏（OPV）電池快速發(fā)展，能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）已經(jīng)超過了16%，展示出廣闊的應(yīng)用前景。

  但是，這些結(jié)果通常是在采用旋涂方式制備的小面積OPV電池（小于0.1 cm²）中實現(xiàn)的。當(dāng)使用溶液涂布法制備大面積電池時，由于溶劑揮發(fā)過程的顯著改變，OPV材料將形成更大的聚集體，導(dǎo)致光伏活性層中發(fā)生較嚴(yán)重的相分離。因此，領(lǐng)域內(nèi)亟待發(fā)展適用于大面積溶液涂布法制備的高效率OPV電池。

  最近，中國科學(xué)院化學(xué)研究所侯劍輝研究員團(tuán)隊通過受體材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將OPV電池的PCE提升到17%，且該電池具有優(yōu)異的大面積制備特性。

  該團(tuán)隊通過適當(dāng)?shù)姆肿觾?yōu)化方法，設(shè)計并合成了非富勒烯受體BTP-4Cl-X（X = 8, 12或16）。實驗顯示，BTP-4Cl-12具有平衡的溶解性和聚集特性。

BTP-4Cl-X的分子結(jié)構(gòu)

  更進(jìn)一步，該團(tuán)隊將BTP-4Cl系列受體材料與前期工作中發(fā)展的聚合物給體材料PBDB-TF共混，并分別利用旋涂法和刮刀涂布法制備OPV電池。

旋涂法（a）和刮刀涂布法（b）的成膜過程

  結(jié)果，通過旋涂法制備的小面積（0.09 cm²）電池實現(xiàn)了高達(dá)17%的能量轉(zhuǎn)換效率；使用刮刀涂布法制備的1 cm²電池仍然能夠?qū)崿F(xiàn)15.5%的PCE。這些結(jié)果均是目前OPV電池領(lǐng)域的突出結(jié)果。

器件在不同加工條件下的能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）

  該團(tuán)隊還與西安交通大學(xué)馬偉教授團(tuán)隊合作，對薄膜的形貌進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，使用刮刀涂布法制備的BTP-4Cl-12電池，具有良好的相分離形貌，有利于載流子傳輸和抑制電荷復(fù)合。

不同加工條件下電池薄膜的AFM相圖

  這項工作對開發(fā)可大面積制備的高效OPV電池具有重要意義，以“17% efficiency organic photovoltaic cell with superior processability”為題發(fā)表于《國家科學(xué)評論》（National Science Review, NSR）。中國科學(xué)院化學(xué)研究所姚惠峰博士為論文通訊作者，崔勇博士為第一作者。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwz200