蘇州大學馬萬里教授Adv. Energy Mater.：具有優異穩定性能的全聚合物太陽能電池

引言

最近五年，基于非富勒烯受體材料的聚合物太陽能電池取得了長足的進展。與傳統的富勒烯材料相比，非富勒烯受體材料可以很好的彌補傳統受體材料PCBM吸光弱，化學結構和電學能級不易調節的缺點。截止到目前為止，基于共軛小分子受體材料的太陽能電池的光電轉換效率已經超過13%，而全聚合物太陽能電池的效率也達到10%。聚合物受體理論上被認為具有良好的熱穩定性及機械穩定性好、材料可以大批量合成、化學結構可調等優點。因此全聚合物太陽能電池更有利于柔性器件和可穿戴設備的應用。但是目前系統研究全聚合物器件穩定性的工作還相對較少，于此同時，系統對比小分子受體和聚合物受體在形貌、電荷傳輸以及穩定性方面的研究也很少受到關注。這些基礎的器件研究工作對加深我們對非富勒烯電池的理解以及推動非富勒烯電池的大面積進程具有重要的意義。

成果簡介 ???

近日，蘇州大學功能納米與軟物質研究院的馬萬里教授團隊在Advanced Energy Materials上在線發表了題為Thermally Stable All-Polymer Solar Cells with High?Tolerance on Blend Ratios的論文。該論文使用目前效率較高的全聚合物太陽能電池體系即PBDB-T作為電子給體，N2200作為電子受體以及聚合物/小分子體系即PBDB-T作為電子給體，ITIC作為電子受體來進行研究。通過調節溶液中的給/受體的比例分別制備全聚合物太陽能電池和聚合物/小分子太陽能電池器件，通過 GIWAXS、形貌及器件效率的測試，我們發現全聚合物太陽能電池表現出更好的比例穩定性。當給/受體比例為10/1時，全聚合物器件效率依然保持為最高值的60%，而聚合物/小分子器件效率則趨于0。我們首次報道了全聚合物太陽能電池的比例穩定性，并對低受體濃度條件下的器件熱穩定性進行研究。我們將未封裝的器件保存在N₂氛圍下，研究器件的暗態穩定性和熱穩定性（80℃），發現全聚合物太陽能電池尤其是高給/受體比例下的全聚合物太陽能電池表現出極好的熱穩定性，在70天內，效率無明顯下降，而聚合物/小分子器件效率降低為原來的54%。由此可見，非富勒烯太陽能電池中的全聚合物太陽能電池雖然目前效率還有待提高，但是其具有獨特的比例穩定性，和優異的熱穩定性還有耐彎曲特性，在未來制作柔性太陽能電池中有潛在的巨大優勢。

圖文導讀

圖1 器件圖及材料的分子結構、能級圖和最優比例下的太陽能電池電流-電壓曲線

圖2 器件參數隨給/受體比例的變化曲線

圖3?不同給/受體比例下的太陽能電池暗電流曲線和器件外量子效率圖

圖4 不同給/受體比例下的太陽能電池的光電流及遷移率曲線

圖5?不同給/受體比例下的薄膜GIWAX圖

圖6 高給/受體比例、最優給/受體比例和低給/受體比例下的形貌簡圖

圖7?太陽能電池在暗態以及80℃加熱條件下的穩定性曲線

鳴謝

該論文的第一作者是蘇州大學功能納米與軟物質研究院博士研究生張燕南，馬萬里教授和袁建宇副研究員為該論文的共同通訊作者。該工作得到了科技部重點研發計劃，國家自然科學基金面上項目，江蘇自然科學基金青年基金的支持。馬萬里教授團隊近年來在全聚合物非富勒烯太陽能電池等方面報道了一系列原創性工作，在Adv. Mater., Adv. Energy?Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Nano Energy等國際知名期刊上發表多篇學術論文。

文章鏈接

Thermally Stable All-Polymer Solar Cells with High Tolerance on Blend Ratios (Advanced Energy Material, 2018, DOI: 10.1002/aenm.201800029)

感謝蘇州大學功能納米與軟物質研究院的馬萬里教授團隊供稿！

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