南昌大学陈义旺、胡笑添团队《Energy Environ. Sci.》展望：环境友好型有机光伏器件设计与印刷制备技术

2022-12-06 来源：高分子科技

为实现碳峰值与碳中和国家战略目标，迫切需要开发可持续能源来替代传统化石燃料。有机太阳能电池(OSCs)因其重量轻、成本低、良好的可印刷性而引起了广泛的研究兴趣。目前，基于卤化溶剂处理的OSCs的能量转换效率(PCE)达到了19.60%，然而，这些具有高PCE的OSCs大多数是用氯苯(CB)和氯仿(CF)等卤化溶剂处理的，这对人类和环境是极其危险的。因此，非卤化溶剂(绿色溶剂)处理的OSCs引起了研究人员的大量关注。因此，使用绿色溶剂制备OSCs成为目前的研究重点。

“绿色溶剂”通常是指在环境友好型OSCs领域中使用的非卤代溶剂。绿色溶剂根据分子结构可分为以下四类:水、醇溶剂、非卤化非芳香烃溶剂和非卤化芳香烃溶剂。然而，使用绿色溶剂制备的活性层薄膜形貌较差，导致OSCs的光伏性能较差。活性层膜形态的控制是实现高性能OSCs的关键。由于活性层材料在绿色溶剂中的溶解度低于在卤化溶剂中的溶解度，使用绿色溶剂制备的薄膜有较大的给受体聚集和相分离尺度。此外，绿色溶剂通常具有较高的沸点(B.P.)，因此在活性层薄膜制备过程中，溶剂缓慢蒸发，留下挥发性有机杂质和溶剂残留，导致相分离尺度较大。与此同时，缓慢的溶剂蒸发过程导致干燥时间过长，加剧了膜中给受体的聚集。因此，需要采用多种策略来优化使用绿色溶剂制备的活性层薄膜形貌，以提高光伏性能。

基于此，南昌大学陈义旺教授和胡笑添研究员系统总结了近年来溶剂处理有机光伏器件的研究进展，讨论了溶剂选择策略及相关优化策略（添加剂策略、三元策略、预聚集策略、共溶剂策略以及印刷制备策略等）在有机光伏器件绿色印刷制备中的应用。此外，作者深入探讨了大面积印刷工艺制备有机光伏模组的优化策略（刮涂及狭缝涂覆制备中所使用的相关策略），为有机光伏模组的大规模制备提供理论指导。

作者进一步展望：用绿色溶剂取代高毒性的卤代溶剂在有机光伏器件发展过程中起着至关重要的作用。因此，需要多种策略相结合从而制备高性能、环境友好型有机光伏器件。作者推测下一阶段的研究重点将是从实验室到工业制备的转变。然而，印刷工艺制备的大面积薄膜的巨大性能损失仍然是有机光伏模组商业化应用的瓶颈。因此，适当的大面积印刷设备尤为重要，团队近年来与北京大学长三角光电科学研究院合作自主研制一系列多功能印刷涂布设备，可满足未来绿色印刷有机光电器件的需求。

以上相关成果以“Advances toward the Device Design and Printing Technology for Eco-friendly Organic Photovoltaics”为题发表在《Energy & Environmental Science》上。论文的通讯作者为南昌大学/江西师范大学陈义旺教授，共同通讯作者为南昌大学胡笑添研究员。上述研究工作得到国家自然科学基金、江西省“双千计划”科技创新高端人才项目、江西省自然科学基金，以及北京大学长三角光电科学研究院等单位的支持。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ee/d2ee03246e

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（责任编辑：xu）

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