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推動有機太陽能電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用 我國多項有機太陽能電池制備技術(shù)取得新突破
2022年06月13日 09:33:46
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：3940
該系列研究成果表明，在今后，通過環(huán)境友好型工作溶劑及工藝輔助固體策略，可以利用低成本溶液制備工藝，無需在惰性氣體保護條件下，實現(xiàn)連續(xù)、大面積、高效率的有機太陽能電池的可控制備，未來有望應(yīng)用于建筑一體化、可穿戴電子設(shè)備、便攜式能源系統(tǒng)和航空航天領(lǐng)域。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】有機太陽能電池指的就是由有機材料構(gòu)成核心部分的太陽能電池，其主要是以具有光敏性質(zhì)的有機物作為半導體的材料，以光伏效應(yīng)而產(chǎn)生電壓形成電流，從而實現(xiàn)太陽能發(fā)電的效果。近年來，有機太陽電池因其具有質(zhì)量輕、成本低、可溶液加工等優(yōu)點，在物聯(lián)網(wǎng)、建筑一體化等應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。
有機太陽能電池以地球上最豐富的碳材料為基本原料，憑借質(zhì)輕、柔性及易于大面積印刷制造等優(yōu)點成為新一代光伏技術(shù)的重要發(fā)展方向。人們通常更多地以晶硅等無機材料為基礎(chǔ)制備太陽能電池。但是這種電池生產(chǎn)存在工藝復雜、成本高、能耗大、污染重等弊端。因此，能否找到一種成本低、效率高、柔性強、環(huán)境友好的新型有機材料研制出新型太陽能電池，成為各國科學家孜孜以求的目標。
目前的有機太陽能電池多采用“本體異質(zhì)結(jié)”型器件結(jié)構(gòu)，其核心部件是由給體和受體材料共混而成的中間活性層。要想獲得高效率光伏器件，活性層給/受體材料能級吸收的匹配互補、納米尺度的互穿網(wǎng)絡(luò)形貌，以及載流子傳輸平衡至關(guān)重要。
大多數(shù)高性能有機太陽能電池是使用毒性較大的鹵化有機溶劑制成，如氯仿、氯苯和1,2-二氯苯等，對人類健康和自然環(huán)境都有不同程度的破壞作用，利用非鹵化溶劑取代鹵化溶劑制備有機太陽能電池是一個重要選項。并且在在光活性層引入具有對稱構(gòu)象的可揮發(fā)性固體能夠為實現(xiàn)有機太陽能電池水平及垂直方向相分離尺度的協(xié)同調(diào)控，同時提高器件的能量轉(zhuǎn)換效率。
由于其各向同性分子堆積和弱偶極相互作用，使得垂直方向的給受體組分分布雜亂無章，不利于激子分離和電荷提取，影響光伏性能的進一步提升。因此，有效解決相應(yīng)器件的光伏轉(zhuǎn)換效率低，是推動有機太陽能電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。
常州大學材料科學與工程學院科研團隊開始針對有機太陽能電池形貌極難調(diào)控這一共性重大難題，集中力量系統(tǒng)開展有機太陽能電池形貌調(diào)控策略方面的研究。科研團隊從不同非鹵素溶劑對給受體的溶解性差異入手，利用溶劑共混策略精細調(diào)控給受體的互溶特性及相應(yīng)的相分離尺度，解決了基于非鹵素溶劑器件的能量轉(zhuǎn)換效率低的科學難題，最高效率達到17.5%。這是目前基于非鹵素溶劑加工的有機太陽能電池最高效率之一。
科研團隊還采取非對稱構(gòu)型的工藝輔助固體策略，不僅實現(xiàn)了精細調(diào)控Y系列受體的聚集態(tài)行為，還實現(xiàn)了可控形成給受體多級空間相分離尺度。其研究結(jié)果顯示，利用PAS策略，PM6:L8-BO的器件光電轉(zhuǎn)換效率達到18.5%，遠高于無PAS處理的對照器件15.0%，并在活性層厚度達到300納米時，器件效率仍然能保持在17.0%左右。
該系列研究成果表明，在今后，通過環(huán)境友好型工作溶劑及工藝輔助固體策略，可以利用低成本溶液制備工藝，無需在惰性氣體保護條件下，實現(xiàn)連續(xù)、大面積、高效率的有機太陽能電池的可控制備，未來有望應(yīng)用于建筑一體化、可穿戴電子設(shè)備、便攜式能源系統(tǒng)和航空航天領(lǐng)域。
(資料來源：科技日報)
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