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南昌大學(xué)陳義旺、胡笑添團(tuán)隊(duì)《Energy Environ. Sci.》展望:環(huán)境友好型有機(jī)光伏器件設(shè)計(jì)與印刷制備技術(shù)
2022-12-06  來源:高分子科技

  為實(shí)現(xiàn)碳峰值與碳中和國家戰(zhàn)略目標(biāo),迫切需要開發(fā)可持續(xù)能源來替代傳統(tǒng)化石燃料。有機(jī)太陽能電池(OSCs)因其重量輕、成本低、良好的可印刷性而引起了廣泛的研究興趣。目前,基于鹵化溶劑處理的OSCs的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)達(dá)到了19.60%,然而,這些具有高PCE的OSCs大多數(shù)是用氯苯(CB)和氯仿(CF)等鹵化溶劑處理的,這對人類和環(huán)境是極其危險(xiǎn)的。因此,非鹵化溶劑(綠色溶劑)處理的OSCs引起了研究人員的大量關(guān)注。因此,使用綠色溶劑制備OSCs成為目前的研究重點(diǎn)。


  “綠色溶劑”通常是指在環(huán)境友好型OSCs領(lǐng)域中使用的非鹵代溶劑。綠色溶劑根據(jù)分子結(jié)構(gòu)可分為以下四類:水、醇溶劑、非鹵化非芳香烴溶劑和非鹵化芳香烴溶劑。然而,使用綠色溶劑制備的活性層薄膜形貌較差,導(dǎo)致OSCs的光伏性能較差;钚詫幽ば螒B(tài)的控制是實(shí)現(xiàn)高性能OSCs的關(guān)鍵。由于活性層材料在綠色溶劑中的溶解度低于在鹵化溶劑中的溶解度,使用綠色溶劑制備的薄膜有較大的給受體聚集和相分離尺度。此外,綠色溶劑通常具有較高的沸點(diǎn)(B.P.),因此在活性層薄膜制備過程中,溶劑緩慢蒸發(fā),留下?lián)]發(fā)性有機(jī)雜質(zhì)和溶劑殘留,導(dǎo)致相分離尺度較大。與此同時(shí),緩慢的溶劑蒸發(fā)過程導(dǎo)致干燥時(shí)間過長,加劇了膜中給受體的聚集。因此,需要采用多種策略來優(yōu)化使用綠色溶劑制備的活性層薄膜形貌,以提高光伏性能。



  基于此,南昌大學(xué)陳義旺教授和胡笑添研究員系統(tǒng)總結(jié)了近年來溶劑處理有機(jī)光伏器件的研究進(jìn)展,討論了溶劑選擇策略及相關(guān)優(yōu)化策略(添加劑策略、三元策略、預(yù)聚集策略、共溶劑策略以及印刷制備策略等)有機(jī)光伏器件綠色印刷制備中的應(yīng)用。此外,作者深入探討了大面積印刷工藝制備有機(jī)光伏模組的優(yōu)化策略(刮涂及狹縫涂覆制備中所使用的相關(guān)策略),為有機(jī)光伏模組的大規(guī)模制備提供理論指導(dǎo)。 



  作者進(jìn)一步展望:用綠色溶劑取代高毒性的鹵代溶劑在有機(jī)光伏器件發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用。因此,需要多種策略相結(jié)合從而制備高性能、環(huán)境友好型有機(jī)光伏器件。作者推測下一階段的研究重點(diǎn)將是從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)制備的轉(zhuǎn)變。然而,印刷工藝制備的大面積薄膜的巨大性能損失仍然是有機(jī)光伏模組商業(yè)化應(yīng)用的瓶頸。因此,適當(dāng)?shù)拇竺娣e印刷設(shè)備尤為重要,團(tuán)隊(duì)近年來與北京大學(xué)長三角光電科學(xué)研究院合作自主研制一系列多功能印刷涂布設(shè)備,可滿足未來綠色印刷有機(jī)光電器件的需求。 



  以上相關(guān)成果以“Advances toward the Device Design and Printing Technology for Eco-friendly Organic Photovoltaics”為題發(fā)表在《Energy & Environmental Science》上。論文的通訊作者為南昌大學(xué)/江西師范大學(xué)陳義旺教授,共同通訊作者為南昌大學(xué)胡笑添研究員。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金、江西省“雙千計(jì)劃”科技創(chuàng)新高端人才項(xiàng)目、江西省自然科學(xué)基金,以及北京大學(xué)長三角光電科學(xué)研究院等單位的支持。


  原文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ee/d2ee03246e

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