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
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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?。本研究得到了國家自然科學(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(bǔ)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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