為實(shí)現(xiàn)碳峰值與碳中和國家戰(zhàn)略目標(biāo)，迫切需要開發(fā)可持續(xù)能源來替代傳統(tǒng)化石燃料。有機(jī)太陽能電池(OSCs)因其重量輕、成本低、良好的可印刷性而引起了廣泛的研究興趣。目前，基于鹵化溶劑處理的OSCs的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)達(dá)到了19.60%，然而，這些具有高PCE的OSCs大多數(shù)是用氯苯(CB)和氯仿(CF)等鹵化溶劑處理的，這對(duì)人類和環(huán)境是極其危險(xiǎn)的。因此，非鹵化溶劑(綠色溶劑)處理的OSCs引起了研究人員的大量關(guān)注。因此，使用綠色溶劑制備OSCs成為目前的研究重點(diǎn)。
“綠色溶劑”通常是指在環(huán)境友好型OSCs領(lǐng)域中使用的非鹵代溶劑。綠色溶劑根據(jù)分子結(jié)構(gòu)可分為以下四類:水、醇溶劑、非鹵化非芳香烴溶劑和非鹵化芳香烴溶劑。然而，使用綠色溶劑制備的活性層薄膜形貌較差，導(dǎo)致OSCs的光伏性能較差。活性層膜形態(tài)的控制是實(shí)現(xiàn)高性能OSCs的關(guān)鍵。由于活性層材料在綠色溶劑中的溶解度低于在鹵化溶劑中的溶解度，使用綠色溶劑制備的薄膜有較大的給受體聚集和相分離尺度。此外，綠色溶劑通常具有較高的沸點(diǎn)(B.P.)，因此在活性層薄膜制備過程中，溶劑緩慢蒸發(fā)，留下?lián)]發(fā)性有機(jī)雜質(zhì)和溶劑殘留，導(dǎo)致相分離尺度較大。與此同時(shí)，緩慢的溶劑蒸發(fā)過程導(dǎo)致干燥時(shí)間過長，加劇了膜中給受體的聚集。因此，需要采用多種策略來優(yōu)化使用綠色溶劑制備的活性層薄膜形貌，以提高光伏性能。
基于此，南昌大學(xué)陳義旺教授和胡笑添研究員系統(tǒng)總結(jié)了近年來溶劑處理有機(jī)光伏器件的研究進(jìn)展，討論了溶劑選擇策略及相關(guān)優(yōu)化策略（添加劑策略、三元策略、預(yù)聚集策略、共溶劑策略以及印刷制備策略等）在有機(jī)光伏器件綠色印刷制備中的應(yīng)用。此外，作者深入探討了大面積印刷工藝制備有機(jī)光伏模組的優(yōu)化策略（刮涂及狹縫涂覆制備中所使用的相關(guān)策略），為有機(jī)光伏模組的大規(guī)模制備提供理論指導(dǎo)。
以上相關(guān)成果以“Advances toward the Device Design and Printing Technology for Eco-friendly Organic Photovoltaics”為題發(fā)表在《Energy & Environmental Science》上。論文的通訊作者為南昌大學(xué)/江西師范大學(xué)陳義旺教授，共同通訊作者為南昌大學(xué)胡笑添研究員。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金、江西省“雙千計(jì)劃”科技創(chuàng)新高端人才項(xiàng)目、江西省自然科學(xué)基金，以及北京大學(xué)長三角光電科學(xué)研究院等單位的支持。
原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ee/d2ee03246e
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