北理工團(tuán)隊在基于高沸點溶劑有機(jī)光伏電池的研究中取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期:2023-10-09 供稿:化學(xué)與化工學(xué)院 攝影:化學(xué)與化工學(xué)院
編輯:田柳 審核:王振華 閱讀次數(shù):近期,,北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院本科生楊楚宬和博士生蔣夢云以共同一作身份在國際頂級期刊《 Advanced Materials 》(IF: 29.4)上發(fā)表題目為“Hot-casting strategy empowers high-boiling solvent-processed organic solar cells with over 18.5% efficiency”的研究論文,。北京理工大學(xué)為第一通訊單位,安橋石特別研究員,、王金亮教授和北京交通大學(xué)張??〗淌跒楣餐ㄓ嵶髡摺1狙芯康玫搅藝易匀豢茖W(xué)基金,,北京市自然科學(xué)基金和北京理工大學(xué)青年教師學(xué)術(shù)啟動計劃等項目的資助及北京理工大學(xué)分析測試中心的支持。
圖1. (a) PM6, BO-4Cl分子式,。(b) PM6, BO-4Cl, 界面層和電極的能級示意圖,。(c) 不同工藝有源層制備示意圖。(d) PM6, (e) BO-4Cl和(f) PM6:BO-4Cl溶液的變溫吸收光譜,。
有機(jī)光伏電池作為一種綠色的光電轉(zhuǎn)化技術(shù),,具有質(zhì)量輕、柔性,、半透明,、可大面積制備等獨特的優(yōu)勢,有望彌補光伏市場在半透明及柔性器件方面的缺位,。當(dāng)前,,大多數(shù)高效率器件均是基于低沸點鹵化溶劑氯仿(沸點:~ 61 ℃)制備的,很大程度上限制了器件制備過程中的可操作空間,,不僅不利于器件生產(chǎn)的穩(wěn)定性,,還會在未來大規(guī)模生產(chǎn)中增加風(fēng)險和成本,。因此,探究如何利用具有寬加工窗口的高沸點溶劑構(gòu)筑高效有機(jī)光伏電池至關(guān)重要,。針對上述問題,,考慮到氯仿在有機(jī)光伏電池中的良好表現(xiàn)及溶劑沸點、漢森溶解度常數(shù),、飽和蒸汽壓等因素,,該團(tuán)隊提出利用熱鑄策略,利用高沸點溶劑模擬以氯仿為溶劑時有源層的成膜動力學(xué)過程以制備高效器件,。該研究分別采用高沸點溶劑氯苯(沸點:~ 132 ℃)和鄰二甲苯(沸點:~ 145 ℃)為主體溶劑,,基于PM6:BO-4Cl與PM6:BTP-eC9明星體系(圖1)進(jìn)行探究,首次闡明了熱鑄策略對有機(jī)光伏電池性能的影響機(jī)制,。
圖2. 不同處理工藝有源層內(nèi)給受體材料的垂直分布,。
兩種工藝的成膜動力學(xué)及所得有源層形貌有明顯差異。相比于室溫制膜,,熱鑄策略使成膜時給受體分子更快速且同步地自組裝,,從而優(yōu)化了有源層內(nèi)給體/受體的比例、有源層的表面形貌及體形貌,,改善了器件的激子和載流子動力學(xué)過程,,最終顯著提高了器件的效率(圖2、圖3),。因此,,基于PM6:BO-4Cl體系,基于兩種高沸點溶劑的最優(yōu)效率分別可以達(dá)到18.03%和18.12%,;而PM6:BTP-eC9熱鑄器件的最優(yōu)效率分別為18.34%和18.52%,,均明顯高于常溫溶劑制備的器件,并創(chuàng)造了該類器件的效率紀(jì)錄,。綜上,,該工作展示了一種調(diào)控有源層內(nèi)分子分布與堆積的簡單策略,有助于深入理解共混膜的形貌演變過程和構(gòu)建高效率具有寬加工窗口的有機(jī)光伏電池,。
圖3. 不同處理工藝有源層的成膜動力學(xué)過程
文章鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202305356,。
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