中科院青島生物能源與過程研究所 為開發(fā)高效穩(wěn)定有機太陽能電池提供新思路

近日，中科院青島生物能源與過程研究所研究員包西昌帶領先進有機功能材料與器件研究組，在利用絕緣樹脂調(diào)控有機太陽能電池研究方面獲系列進展。

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

此外，光熱過程會誘導光敏層的嚴重自聚集現(xiàn)象，使給受體產(chǎn)生過度相分離而不能形成良好的互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，進一步抑制激子解離及輸運，導致有機光伏較差的光熱穩(wěn)定性。

針對上述問題，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)有機太陽能電池，該方法不僅提升了光敏層給受體的分子緊密堆積，更改善了電荷復合和電荷提取能力，使有機太陽能電池實現(xiàn)了18.6%的高光電轉(zhuǎn)換效率，絕緣樹脂在光敏層內(nèi)部形成矩陣網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，降低了材料的自聚集，提高了器件光熱穩(wěn)定性。相關研究發(fā)表于《美國化學會-能源快報》。

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)展了有機光伏pin概念，增強有機光敏層的介電常數(shù)和內(nèi)置電場，提高載流子的傳輸與收集效率。相關研究結(jié)果發(fā)表于《納米能源》。

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

相關論文信息：

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

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

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