Adv. Funct. Mater. 蘇州大學共混型聚合物太陽能電池獲新突破

聚合物太陽能電池（PSCs）作為一種有效的太陽能利用方式，因其低廉的價格、良好的柔韌性以及可大規模生產等特點，吸引了眾多人的關注。利用共軛聚合物作為供體、富勒烯衍生物作為接受體的本體異質結（BHJ）PSCs，在高能量轉換效率（PCE）面起著主導作用。到目前為止，有報道的最好PCE已經超過10%，但是離商業化應用還存在一定差距。

眾所周知，在BHJ太陽能電池中，活性層的形態對PSCs的性能起著至關重要的作用。通常通過溫度控制、溶劑熱處理、溶劑選擇、混合溶劑以及溶劑添加劑等途徑來優化活性層的形態，其中二元混合溶劑添加物法近來備受關注。活化層的形態可通過聚合物和富勒烯衍生物之間的多步相互作用來調節，最終設備的效率可大幅得到改善。

最近，由蘇州大學材料與化學化工部先進光電材料實驗室國霞、張茂杰及西安交通大學馬偉老師等人領導的科研團隊基于PTB7-Th的混合（PC₇₁BM通過使用一種1,8-二碘辛烷與?N-甲基吡咯烷酮的混合溶劑添加劑來優化混合物的形態）制備出聚合物太陽能電池，并在一個簡單轉換設備上實現了10.8%的高能轉換效率。為了能夠深入研究混合溶劑添加劑對活性層形態和設備性能的影響，研究人員測量了共混膜的分子堆積與本體形態變化。雖然所有共混膜表現出了類似的域尺寸和納米尺度相分離，采用混合溶劑添加物的共混膜所呈現的域純度最高，獲得最少的雙分子復合、相對高的J_sc和強化的PCE。最終，基于與二元溶劑添加物混合處理，在設備上獲得最好的光伏性能：0.82V的Voc、19.1mAcm^-2的J_sc、69.1%的FF和10.8%的PCE。

【圖文導讀】

圖1 結構圖

（a）PTB7-Th與PC₇₁BM的分子結構圖

（b）基于PTB7-Th：PC₇₁BM的PSCs結構示意圖

圖2 性能曲線

說明，NM：N-甲基吡咯烷酮；DIO：1,8-二碘辛烷；EQE：外量子效率

（a）在5,100mWcm^-2照度條件下，基于不同條件下PTB7-Th：PC₇₁BM的PSCs電流密度-電壓曲線

（b）對應設備的外量子效率曲線

圖3 不同條件下PTB7-Th：PC₇₁BM共混膜的掠入射寬角x射線散射（GIWAXS）圖

（a）無添加劑

（b）3% 1,8-二碘辛烷（DIO）

（c）3% N-甲基吡咯烷酮（NMP）

（d）1.5% DIO和1.5% NMP

（e）對應共混膜的散射曲線積分

圖4 不同條件下PTB7-Th：PC₇₁BM共混膜共振軟x射線散射（RSo XS）曲線，無添加劑（黑色），3% DIO（紅色），3% NMP（藍色） 1.5% DIO和1.5% NMP（橙色）

圖5 光照V=Voc時，基于不同條件下PTB7-Th：PC₇₁BM PSCs阻抗數據的尼奎斯特曲線，以及對應的等效電路

文獻鏈接：10.8% Efficiency Polymer Solar Cells Based on PTB7-Th and PC71BM via Binary Solvent Additives Treatment

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