華南理工曹鏞團隊Nature Communications： 1 cm2全聚合物太陽電池的效率取得里程碑的突破!

【引言】

全聚合物太陽電池(all-PSCs)具有優異的光、熱以及機械穩定性，引起研究人員廣泛關注。全聚合物太陽的光吸收層由聚合物給體和聚合物受體組成，其中應用最廣泛的n-型聚合物電子受體是基于萘酰亞胺單元的N2200及其衍生物。然而，由于萘酰亞胺類n-型聚合物在近紅外區域的吸收較弱，限制了太陽光子的有效利用。盡管增加光吸收層的厚度可有效提高對太陽光的吸收，但會導致嚴重的電荷復合而無法實現高能量轉換效率。

【成果簡介】

華南理工大學的黃飛教授、應磊教授和埃爾朗根-紐倫堡大學的李寧博士（共同通訊作者）基于自主發展的PTzBI-Si:PBTA-Si:N2200的光吸收材料體系，利用光管理、精細形貌調控方法，實現了1-cm²全聚合物太陽電池器件在光吸收層厚度約350 nm時能量轉換效率超過10%，表明了全聚合物太陽電池廣闊的應用前景。上述成果近期發表于國際著名期刊《Nature? Communications》。

【圖文導讀】

圖1.吸收光譜和光學模擬

a.活性層組分和溶劑的結構式

b.活性層厚度分別為130nm和320nm的PBTA-Si:PTzBISi:N2200(1.3:0.7:1)混合膜的吸收光譜

c.活性層厚度不同的基于PBTA-Si:PTzBISi:N2200(1.3:0.7:1)的all-PSCs吸收的光子與波長的關系

d.短路電流密度（J_SC）模擬值與活性層厚度的關系

圖2.基于PBTA-Si:PTzBISi:N2200(1.3:0.7:1)的厚膜all-PSCs的光伏性能

a.活性層厚度大約為320nm的all-PSCs的填充因子(FF)和J_SC與二芐醚含量的關系

b.二芐醚體積分數為0.1%的all-PSCs的FF與活性層厚度的關系

c.二芐醚體積分數為0.1%的all-PSCs的外量子效率

d.內量子效率為80%時的J_SC模擬值和實驗值，插圖為活性層厚度分別為130nm和380nm的0.05cm²的all-PSCs的照片

圖3.PBTA-Si:PTzBISi:N2200(1.3:0.7:1)混合物膜的形貌

a.無二芐醚和二芐醚體積分數為0.1%的混合膜的掠入射廣角X射線散射(GIWAXS)曲線

b. (010)和(100)散射峰的晶體相干長度

c.不同混合物膜的同步輻射共振軟 X 射線散射(RSoXS)曲線

圖4.大面積的all-PSCs的光伏性能

a.基底和活性層厚度不同的1cm²的all-PSCs的J-V曲線，插圖為基底為custom-ITO、活性層厚度為350nm的all-PSCs的照片

b.?基底為custom-ITO、1cm²的all-PSCs的外量子效率和電流密度

c.0.05cm²和1cm^2?的厚膜all-PSCs的暗態J-V曲線

d.J^1/2-V曲線

文獻鏈接：Surpassing the 10% efficiency milestone for 1-cm2 all-polymer solar cells（Nat. Commun., 2019,DOI:10.1038/s41467-019-12132-6）

本文由kv1004供稿。