活性層形貌的有效調(diào)控優(yōu)化是制備高效率有機(jī)太陽能電池器件的關(guān)鍵。目前廣泛使用的液體添加劑調(diào)控方法,其有效性的前提是給、受體材料在添加劑溶劑中的溶解性差異。但與富勒烯衍生物受體材料不同,由于非富勒烯受體材料的π共軛結(jié)構(gòu)與給體材料類似,它們兩者在各類添加劑的溶解性差異較小,限制了液體添加劑優(yōu)化活性層形貌的效果。
最近,蘇州大學(xué)李永舫院士團(tuán)隊(duì)的崔超華教授等發(fā)展了一種固-液體添加劑協(xié)同作用的形貌調(diào)控方法,極大地彌補(bǔ)了液體添加劑在調(diào)控非富勒烯受體類共混膜形貌上的不足,實(shí)現(xiàn)了器件光伏性能的進(jìn)一步提升。他們采用強(qiáng)結(jié)晶性的并三噻吩(DTT)作為固體添加劑,通過DTT強(qiáng)的結(jié)晶性抑制受體材料的過自聚集,使共混膜在DTT熱退火揮發(fā)后,形成良好的納米尺寸相分離結(jié)構(gòu)。該形貌調(diào)控方法解決了Y6分子在高沸點(diǎn)溶劑中過自聚集導(dǎo)致的器件性能差的問題:分別使用氯苯、甲苯和鄰二甲苯制備的PM6:Y6器件都獲得了超過15%的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)。并且,該形貌調(diào)控方法在多種材料體系共混膜中都具有良好的適用性,獲得了優(yōu)于CN添加劑處理的相分離形貌,大幅度地提升了器件的光伏性能。尤其值得注意的是,PTQ10:m-BTP-PhC6:PC71BM三元共混膜經(jīng)DTT和CN雙添加劑優(yōu)化后,器件的填充因子高達(dá)0.806,PCE超過了18.8%。
該研究結(jié)果近日以“Volatilizable Solid Additive-Assisted Treatment Enables Organic Solar Cells with Efficiency over 18.8% and Fill Factor Exceeding 80%”為題發(fā)表于Advanced Materials(2021, DOI: 10.1002/adma.202105301)。論文的第一作者為蘇州大學(xué)碩士研究生鮑蘇楠,通訊作者為蘇州大學(xué)崔超華教授和國(guó)家納米中心魏志祥研究員團(tuán)隊(duì)的張建齊研究員。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和江蘇省自然學(xué)科基金等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202105301
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