新进展非卤溶剂加工有机太阳电池的器件效率进一步提升
随着新能源产业的不断崛起，越来越多的清洁能源技术开始被关注，其中颇具代表性的便是太阳能。作为人类现阶段变可以有效利用的清洁能源之一，太阳能具有能量大、半永久、清洁、广泛等优点，并且从技术侧面来说，太阳能的使用门槛相对较低，具体到产业上就是相对规模下的装机成本低、运维成本低。
有机太阳电池具有低成本以及可大面积印刷加工的优势，在未来商业化应用颇有潜力。目前，高性能有机太阳电池通常采用低沸点卤代试剂(如氯仿)来制备。这是由于此类光伏材料可在氯仿溶剂成膜过程中形成合适的相分离，同时，制备的光伏器件可以实现电荷的高效分离与传输。
氯仿等卤代溶剂毒性强，有机太阳电池的大面积工业化生产中需要使用高沸点绿色溶剂加工来避免卤代溶剂的环境污染问题。高效有机光伏材料在非卤溶剂中溶解度较差，同时，非卤溶剂较长的成膜时间会导致光伏材料尤其是小分子受体过度聚集而形成大尺度相分离，从而影响电荷的有效分离与传输。
因此，进一步修饰小分子受体的结构，调节其在非卤溶剂中的溶解及聚集特性，从而改善电荷分离与传输，是提升非卤溶剂加工有机太阳电池器件效率的重要途径。
中国科学院化学研究所有机固体重点实验室李永舫课题组在小分子受体内侧链末端引入苯环的策略，可有效抑制分子在非卤溶剂中的过度聚集，提高分子有序性，进一步提升非卤溶剂加工有机太阳电池的器件效率，在未来聚合物太阳电池大面积制备和商业化应用中展现出应用前景。
课题组在典型A-DA’D-A类小分子受体Y6和L8-BO的基础上，通过在内侧链末端引入苯环，开发了新的受体Y6-Ph和L8-Ph。这一分子修饰策略可提升分子在非卤溶剂中的器件性能。并且从分子设计角度，苯环具有一定的位阻效应，位阻基团的引入增加分子在非卤溶剂中溶解性的同时降低了分子结晶性。
这些特性使Y6-Ph和L8-Ph在非卤溶剂中可以更好地分散，并减缓了分子在成膜过程中的快速聚集。该现象通过薄膜AFM和TEM测试得到了证实。此外，苯环的引入为分子提供了更丰富的π-π相互作用位点，使分子在相对缓慢的成膜过程中自组装形成更有序的分子堆积，促进其电荷传输性能进一步提升。
研究团队为了验证Y6-Ph和L8-Ph在较长时间成膜过程中分子的聚集特性，在高沸点氯苯溶剂中进行了器件制备。他们以PM6为给体，Y6-Ph或L8-Ph为受体的器件，表现出比以Y6和L8-BO为受体时更合适的给-受体相分离，从而获得了更有效的电荷分离与传输、更少的载流子复合。而基于PM6:L8-Ph的太阳电池实现了80.55%的高填充因子和18.83%的高光电转化效率。
近日，相关研究成果发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。
(资料来源：化学研究所)
