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            具有優異穩定性能的全聚合物太陽能電池

            具有優異穩定性能的全聚合物太陽能電池

            隨著非富勒烯受體材料的不斷發展,單結聚合物/小分子太陽能電池的光電轉換效率目前已經突破13%,全聚合物太陽能電池的光電轉換效率也已經突破10%。聚合物受體具有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,有利于可穿戴設備、太陽能電池建筑等實際應用的發展。但目前現有光電轉換效率無法滿足大面積產業化的要求,調節給/受體比例是優化器件的一個有效途徑。目前,太陽能電池對給/受體比例的敏感性還沒有得到明確的研究。

            最近,蘇州大學功能納米與軟物質研究院的馬萬里教授團隊報道了具有優異比例穩定性的全聚合物太陽能電池。作者采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,發現全聚合物太陽能電池表現出更好的比例穩定性。同時,作者對器件的熱穩定性進行測試,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。該文章發表在國際知名期刊Adv. Energy Mater.上(影響因子:16.721),博士研究生張燕南為論文的第一作者,馬萬里教授和袁建宇副研究員為論文的共同通訊作者。

            具有優異穩定性能的全聚合物太陽能電池

            圖1. 基于小分子ITIC受體和N2200受體的非富勒電池

            作者測試了全聚合物太陽能電池和聚合物/小分子太陽能電池的器件參數隨給/受體比例的變化情況,發現和聚合物/小分子體系相比,全聚合物太陽能電池在高給/受體比例時更加穩定,當給/受體比例為10/1時,全聚合物器件效率保持為最高值的60%,而聚合物/小分子器件效率則趨于0。

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            圖2. 器件參數隨給/受體比例的變化曲線

            作者同時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%。

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            圖3. 太陽能電池在暗態以及80℃加熱條件下的穩定性曲線

            作者研究了全聚合物太陽能電池和聚合物/小分子太陽能電池在高給/受體比例下的電荷傳輸性能,發現全聚合物太陽能電池體系載流子的傳輸更有效,通過對薄膜形貌的表征以及暗電流的測試,證實了實驗結果。

            該工作報道了比例穩定性和熱穩定性優異的全聚合物太陽能電池,為以后大規模的實際應用提供一定的基礎。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,在未來制作大面積和柔性太陽能電池中有潛在的巨大優勢。

            Yannan Zhang, Yalong Xu, Michael J. Ford, Fangchao Li,Jianxia Sun, Xufeng Ling, Yongjie Wang, Jinan Gu, Jianyu Yuan, Wanli Ma, Thermally Stable All-Polymer Solar Cells with High Tolerance on Blend Ratios, Adv. Energy Mater., 2018, DOI: 10.1002/aenm.201800029

             

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