一种新型的通用绿色溶剂加工使全聚合物太阳能电池效率突破11%

有机光伏电池作为一类新型光电器件，因具有材料选择余地大、分子结构裁剪性强、可加工性好、易“卷对卷”连续印刷、对环境友好等诸多优势，在信息、能源等领域显示了巨大潜在应用价值，开辟了低成本、高性能太阳能电池制备的新途径。在有机光伏器件中，全聚合物太阳能电池（all-PSCs）是一种活性层给体和受体材料均为聚合物的电池器件，由于其良好的热稳定性和机械稳定性而被认为是一种极具潜力的低成本电池器件。然而到目前，全聚合物太阳能电池面临迁移率低、形貌难以调控等问题，以致其光电转换效率（PCE）和电流密度（JSC）明显低于其他非富勒烯太阳能电池。因此，探索改进其形貌有效的方法，对于实现高效全聚合物太阳能电池具有重要意义，也是实际应用的迫切需要。
近日，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室曹镛院士团队的应磊研究员、黄飞教授等人报道一种调节all-PSCs共混膜纳米形貌的新策略。作者采用一种较高沸点的新溶剂环戊基甲醚(CPME)加工PTzBI-Si:N2200全聚合物太阳能电池器件，与四氢呋喃(THF)和2-甲基四氢呋喃(2-MeTHF)加工相比，CPME加工调节了聚合物的聚集结晶、改善载流子迁移率以及聚合物共混膜的相分离形貌，从而获得了11%的光伏效率。这个效率是目前报道的单节全聚合物太阳能电池最高的效率。此外，作者也采用了CPME加工了其他高效全聚合物体系，证实了CPME的通用性。这项工作提供了一种优化all-PSCs共混膜形貌以及效率的新策略，为全聚合物太阳能电池的发展与应用开辟了新的思路，相关论文近期在线发表在Energy & Environmental Science（DOI: 10.1039/C8EE02863J）。

此项研究得到了来自德国Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg的Christoph J. Brabec教授课题组的协助。同时，GIWAXS和RSoXS的表征得到上海交通大学刘烽课题组的帮助。论文的第一作者为华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室的博士研究生李振业。研究得到来自国家自然科学基金委的基金资助。