江西师范大学陈义旺团队 Adv. Funct. Mater.：预沉积给体策略构筑高效稳定可印刷的准平面异质结有机太阳电池

2024-04-29 来源：高分子科技

有机太阳电池（OSCs）作为一种极具发展前景的新型薄膜替代光伏，引起了研究人员的广泛关注。然而，目前常用的传统本体异质结（BHJ）活性层中均匀的给受体分布会导致薄膜形貌的复杂性，所以要想实现可控的梯度组组分分布比较困难。此外在空气环境中加工制备的薄膜OSCs，其较差的均质性与稳定性会严重阻碍商业化进程。因此，如何设计出一种高效稳定且具有理想垂直相分离的器件结构并能适用于大规模印刷制备是当前面临的一个重大挑战。顺序刮涂工艺通过对结晶度和垂直相分布的协同优化，能够精准调控活性层形貌，并构筑理想的梯度组分分布，最终协同提升OSCs的能量转化效率（PCE）和长期稳定性。

近日，陈义旺教授团队提出一种预沉积给体策略，在高效稳定的有机太阳电池的大面积印刷制备方面取得了创新性成果。该工作以《A pseudo planar heterojunction structure for eco-friendly printable organic solar cells achieving 19.05% efficiency》为题在国际材料领域的顶级期刊《Advanced Functional Materials》上发表。江西师范大学为论文第一完成单位，化学化工学院硕士生王佩为本文第一作者，博士生张家友为本文共同第一作者，江西师范大学陈义旺教授和张立福博士为通讯作者。

该论文中，通过预先沉积一层D18-Cl给体，再刮涂一层PM6和BTP-eC9的共混溶液的方法，制备了新型准平面异质结（PPHJ）有机太阳电池。令人印象深刻的是，PPHJ活性层中增强的结晶度、理想的垂直相分布与有利的分子堆积取向促进了电荷载流子的高效运输与收集，同时实现了短路电流密度和填充因子的有效平衡与较大提升。不同于传统BHJ型器件（17.55%），优化后PPHJ器件的PCE高达19.05%，这也是当前非卤刮涂体系中的最高效率值之一。此外，PPHJ器件在相应的厚膜和大面积OSCs中均得到了很好的应用。该体系不仅具有良好的厚度容忍性，同时也能很好克服OSCs固有的面积缩放滞后问题，并降低效率损失。最后在不同老化条件下测试了器件的长期稳定性并通过外推法得出不同结构器件的T₈₀寿命（即达到原始PCE的80%所需时间），结果表明PPHJ器件具有优异的长期存储（T₈₀= 7438 h）稳定性和运行光稳定性（T₈₀= 885 h）。实践证明，该策略是实现高效稳定OSCs规模化生产的一种简单有效的途径。