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(lǐng)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(lǐng)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(luò)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(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(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(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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