中科院青島生物能源與過(guò)程研究所 為開(kāi)發(fā)高效穩(wěn)定有機(jī)太陽(yáng)能電池提供新思路

近日，中科院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員包西昌帶領(lǐng)先進(jìn)有機(jī)功能材料與器件研究組，在利用絕緣樹(shù)脂調(diào)控有機(jī)太陽(yáng)能電池研究方面獲系列進(jìn)展。

有機(jī)太陽(yáng)能電池具有質(zhì)輕、柔韌、可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)，在可穿戴柔性電子、光伏建筑一體化、光伏農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。但該電池有機(jī)光敏層具有的低介電常數(shù)和內(nèi)置電場(chǎng)導(dǎo)致高激子結(jié)合能和低驅(qū)動(dòng)力，限制了激子的有效解離，使有機(jī)光伏的電流低于同等帶隙的無(wú)機(jī)體系。

此外，光熱過(guò)程會(huì)誘導(dǎo)光敏層的嚴(yán)重自聚集現(xiàn)象，使給受體產(chǎn)生過(guò)度相分離而不能形成良好的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步抑制激子解離及輸運(yùn)，導(dǎo)致有機(jī)光伏較差的光熱穩(wěn)定性。

針對(duì)上述問(wèn)題，研究組首先利用聚芳醚與光伏給受體材料的溶解性差異并結(jié)合逐層涂覆方法制備平面異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池，該方法不僅提升了光敏層給受體的分子緊密堆積，更改善了電荷復(fù)合和電荷提取能力，使有機(jī)太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了18.6%的高光電轉(zhuǎn)換效率，絕緣樹(shù)脂在光敏層內(nèi)部形成矩陣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了材料的自聚集，提高了器件光熱穩(wěn)定性。相關(guān)研究發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)-能源快報(bào)》。

研究人員基于此發(fā)現(xiàn)聚芳醚材料均勻分布在光敏層內(nèi)部，發(fā)展了有機(jī)光伏pin概念，增強(qiáng)有機(jī)光敏層的介電常數(shù)和內(nèi)置電場(chǎng)，提高載流子的傳輸與收集效率。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《納米能源》。

上述工作揭示了絕緣聚芳醚樹(shù)脂材料改善有機(jī)太陽(yáng)能電池光電性能、光熱穩(wěn)定性及柔韌拉伸性的新機(jī)制，為開(kāi)發(fā)高效穩(wěn)定的有機(jī)太陽(yáng)能電池提供了新思路。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c01586

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107742

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