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西安交大科研人员在利用刮涂打印

三元有机太阳能电池方面取得重要进展

来源:交大新闻网 日期 2018-10-18 09:39 点击:

得益于非富勒烯受体的快速发展,单节有机太阳能电池的光电转换效率(PCE)已经达到14%。然而,这些成绩都是基于实验室小面积旋涂成膜(spin-coating)而获得的。为了今后广泛应用有机太阳能电池,发展大面积加工技术极为迫切。狭缝挤出成膜(slot-die coating)是一种可结合卷对卷的连续加工技术,是未来大面积加工有机太阳能电池的成膜技术。而刮涂成膜(blade-coating)是狭缝挤出成膜的一种原型工具,具有类似的特征,并且刮涂可以对分子施加更强的剪切力,增强分子排列及聚集,起到诱导结晶的作用。另外,三元是一种获得高性能的有效策略,添加的第三组分不仅可以提高光电流,还可以调控给受体结晶性并优化活性层形貌,进而获得高的光电性能。但是,在有机太阳能电池领域,通过刮涂和三元策略协同调控活性层形貌的相关研究还没有报道。

西安交通大学金属材料强度国家重点实验室马伟课题组在空气中采用刮涂制备了基于PBDB-T:PTB7-Th:FOIC体系的三元有机太阳能电池。研究发现,刮涂对三个材料诱导结晶的程度不一样(PTB7-Th<PBDB-T<FOIC)。这导致刮涂的PBDB-T:FOIC二元器件的受体结晶性高于给体结晶性,电子迁移率高于空穴迁移率,造成载流子迁移率不平衡。通过添加与FOIC相容性更好的PTB7-Th(相比于PBDB-T),受体的结晶性降低,并且平衡了载流子迁移率,因而获得了目前刮涂制备三元有机器件的最高光电转换效率(PCE=12.02%)。这项工作对今后发展大面积加工有机太阳能电池具有重要指导意义。

该研究成果发表在国际著名材料期刊Advanced Materials(IF=21.950)上,题目为“Achieving Balanced Crystallinity of Donor and Acceptor by Combining Blade-coating and Ternary Strategies in Organic Solar Cells”。西安交通大学为该论文第一作者和唯一通讯作者单位,马伟教授为通讯作者,第一作者为其博士生张霖。

该研究得到科学技术部、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、交大基本科研业务费支持和美国劳伦斯伯克利国家实验室提供的机时支持。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201805041

文字:材料学院
编辑:程洪莉

 
 
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