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    我国学者在有机太阳能电池领域取得进展

    日期 2022-01-18   来源:工程与材料科学部   作者:丁玉琴 李晓锋  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:51922074、22075194)等资助下,苏州大学李耀文教授团队及合作者在有机太阳能电池领域取得进展。研究成果以“客体辅助分子组装策略助力环境友好型溶剂制备效率超过17%的高效有机太阳能电池(A guest-assisted molecular-organization approach for >17% efficiency organic solar cells using environmentally friendly solvents)”为题,于2021年11月1日发表在《自然•能源》(Nature Energy)杂志上。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41560-021-00923-5。同时,英国爱丁堡大学Tayebeh Ameri教授,在《自然•能源》新闻与观点栏目中,以“大面积模组制备的绿色化进程(Going green at large)”(链接:https://www.nature.com/articles/s41560-021-00936-0)为题,对该研究工作的意义和结果进行了积极评述:客体辅助组装策略助力了环境友好型溶剂制备高效、稳定有机光伏模组,解决了有机光伏产业化的关键问题。

      近年来,可溶液印刷有机太阳能电池由于具有活性层薄、轻质、柔性、结构简单、可制备成半透明器件等优点,在便携式能源、建筑光伏一体化等方面展现了巨大的应用前景,有望突破晶硅电池在应用场景方面的局限性,成为一种颠覆性光伏技术。目前,实验室制备的小面积有机太阳能电池效率(PCE)已经突破18%。然而,通过溶液印刷方法获得高质量有机活性层仍需严苛的制备条件,如溶剂选择窗口窄,需要借助高挥发性、有毒的氯仿溶剂,普遍采用高能耗的热退火工艺等,严重制约了有机太阳能电池的产业化进程。

      针对以上问题,研究团队开发了一种独特的活性层客体辅助组装策略,通过使用环境友好的高沸点溶剂和印刷方法实现了高质量活性层的制备;该策略能在印刷过程中对活性层主体组分在相容性、溶解性、宏观和微观尺度组装行为等方面进行有效调控,避免了热退火等后处理工艺,简化了器件制备过程。最终,基于环境友好型溶剂制备了世界领先效率的小面积单结(PCE=17.48%,0.062 cm2)和大面积(PCE=14.26%,36 cm2)模组有机太阳能电池且稳定性获得显著提升(图),相关性能得到权威机构中国科学院上海微系统与信息技术研究所(SIMIT)的认证。

      该工作以应用为导向,解决了可溶液印刷有机太阳能电池大面积模组制备过程中的多个瓶颈性问题,将加速推动有机太阳能电池的产业化进程。

    图(a)小面积有机太阳能电池效率认证报告;(b)大面积有机太阳能电池模组实物图及性能曲线;(c)氮气氛围中,未封装器件衰减曲线(最大功率点)




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