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江西師范大學陳義旺團隊 Adv. Funct. Mater.：預沉積給體策略構筑高效穩定可印刷的準平面異質結有機太陽電池

2024-04-29 來源：高分子科技

有機太陽電池（OSCs）作為一種極具發展前景的新型薄膜替代光伏，引起了研究人員的廣泛關注。然而，目前常用的傳統本體異質結（BHJ）活性層中均勻的給受體分布會導致薄膜形貌的復雜性，所以要想實現可控的梯度組組分分布比較困難。此外在空氣環境中加工制備的薄膜OSCs，其較差的均質性與穩定性會嚴重阻礙商業化進程。因此，如何設計出一種高效穩定且具有理想垂直相分離的器件結構并能適用于大規模印刷制備是當前面臨的一個重大挑戰。順序刮涂工藝通過對結晶度和垂直相分布的協同優化，能夠精準調控活性層形貌，并構筑理想的梯度組分分布，最終協同提升OSCs的能量轉化效率（PCE）和長期穩定性。

近日，陳義旺教授團隊提出一種預沉積給體策略，在高效穩定的有機太陽電池的大面積印刷制備方面取得了創新性成果。該工作以《A pseudo planar heterojunction structure for eco-friendly printable organic solar cells achieving 19.05% efficiency》為題在國際材料領域的頂級期刊《Advanced Functional Materials》上發表。江西師范大學為論文第一完成單位，化學化工學院碩士生王佩為本文第一作者，博士生張家友為本文共同第一作者，江西師范大學陳義旺教授和張立福博士為通訊作者。

該論文中，通過預先沉積一層D18-Cl給體，再刮涂一層PM6和BTP-eC9的共混溶液的方法，制備了新型準平面異質結（PPHJ）有機太陽電池。令人印象深刻的是，PPHJ活性層中增強的結晶度、理想的垂直相分布與有利的分子堆積取向促進了電荷載流子的高效運輸與收集，同時實現了短路電流密度和填充因子的有效平衡與較大提升。不同于傳統BHJ型器件（17.55%），優化后PPHJ器件的PCE高達19.05%，這也是當前非鹵刮涂體系中的最高效率值之一。此外，PPHJ器件在相應的厚膜和大面積OSCs中均得到了很好的應用。該體系不僅具有良好的厚度容忍性，同時也能很好克服OSCs固有的面積縮放滯后問題，并降低效率損失。最后在不同老化條件下測試了器件的長期穩定性并通過外推法得出不同結構器件的T₈₀壽命（即達到原始PCE的80%所需時間），結果表明PPHJ器件具有優異的長期存儲（T₈₀= 7438 h）穩定性和運行光穩定性（T₈₀= 885 h）。實踐證明，該策略是實現高效穩定OSCs規模化生產的一種簡單有效的途徑。