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聚合物太陽能電池的器件優(yōu)化方法 已有2人參與
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有機/聚合物太陽能電池的光伏性能很大程度上依賴于活性層的形貌，精確控制活性層共混薄膜的形貌就成了提高器件能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。中科院化學(xué)所的研究人員2012年在國際上首次引入三元混合溶劑對基于PDPP3T和PC71BM的聚合物太陽能電池的表面形貌、本體相區(qū)、結(jié)晶行為進行系統(tǒng)的研究，獲得6.71%的能量轉(zhuǎn)換效率，這是目前基于DPP類材料的單層電池的最高效率之一，該研究是首例將三元混合溶劑引入聚合物太陽能電池制備中獲得成功的范例，指出溶劑體系的理性選擇對器件的性能提升有重要的影響，也為高效率材料的器件優(yōu)化提供了一個新的途徑。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《先進材料》上（Adv. Mater. 2012, 24, 6335-6341 ；Adv. Mater. 2014, DOI: 10.1002/adma.201400216），并得到國際著名科技網(wǎng)站Science Daily 和Phys Org的評述。該工作2012年12月發(fā)表后被引用64次，包括諾貝爾獎獲得者Alan J. Heeger教授2014年發(fā)表在Chemical Reviews的綜述論文Bulk Heterojunction Solar Cells: Morphology and Performance Relationships全圖引用。值得指出的是，他們近期的工作表明三元溶劑在非富勒烯受體體系也效果十分顯著（Chem. Commun. 2014, 50, 1024-1026 ; Small, 2014, DOI: 10.1002/smll.201401082)。 溶劑添加劑作為當前主要的形貌優(yōu)化手段，使大多數(shù)高效率材料如PTB7, PBDTTT-C-T的效率提高到7~9%。2013年他們通過理論計算和紅外光譜驗證了高沸點添加劑DIO在高效聚合物太陽能電池制備過程中存在殘留。DIO殘留時會造成S形J-V曲線，導(dǎo)致器件的效率以及重復(fù)性不高。他們進一步設(shè)計了三種方式以消除殘留DIO，并調(diào)控添加劑揮發(fā)的過程，結(jié)果表明對活性層表面進行甲醇等惰性溶劑處理能顯著提高器件的重復(fù)性和效率，該方法在6種代表性高效光伏材料中均取得良好的效果。他們與Bruker公司合作采用最新研制的PeakForce KPFM技術(shù)對其電勢變化進行了研究。對溶劑的揮發(fā)過程進行調(diào)節(jié), 實現(xiàn)對聚合物太陽能電池活性層形貌精細地調(diào)控，并取得了良好的效果。值得指出的是該方法也日益成為高效聚合物光伏器件制備中的標準流程。 該論文2013年7月發(fā)表在J. Phys. Chem. C后被引用10次，如最近發(fā)表的Energy and Environmental Science上的“From Lab to Fab: how must the polymer solar cells materials design change ? – An industrial perspective"。 References [1] Ye, L.; Zhang, S.; Ma, W.*; Fan, B.; Guo, X.; Huang, Y.; Ade, H.; Hou, J.*, From Binary to Ternary Solvent: Morphology Fine‐tuning of D/A Blends in PDPP3T‐based Polymer Solar Cells. Adv. Mater. 2012, 24 (47), 6335-6341. [2] Ma, W.; Tumbleston, J. R.; Ye, L.; Wang, C.; Hou, J.*; Ade, H.*, Quantification of Nano- and Mesoscale Phase Separation and Relation to Donor and Acceptor Quantum Efficiency, Jsc, and FF in Polymer:Fullerene Solar Cells. Adv. Mater. 2014, DOI: 10.1002/adma.201400216. [3] Jiang, W.; Ye, L.; Li, X.; Xiao, C.; Tan, F.; Zhao, W.; Hou, J.*; Wang, Z.*, Bay-linked perylene bisimides as promising non-fullerene acceptors for organic solar cells. Chem. Commun. 2014, 50 (8), 1024-1026. [4] Ye, L.; Jiang, W.; Zhao, W.; Zhang, S.; Qian, D.; Wang, Z.*; Hou, J.*, Selecting a Donor Polymer for Realizing Favorable Morphology in Efficient Non-fullerene Acceptor-based Solar Cells. Small 2014, DOI: 10.1002/smll.201401082. [5] Ye, L.; Jing, Y.; Guo, X.; Sun, H.; Zhang, S.; Zhang, M.; Huo, L.; Hou, J., Remove the Residual Additives toward Enhanced Efficiency with Higher Reproducibility in Polymer Solar Cells. The Journal of Physical Chemistry C 2013, 117 (29), 14920-14928. JPCC Methanol Treatment.jpg [ Last edited by llye88 on 2014-6-27 at 15:55 ] |
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