聚合物太阳能电池活性层微观形貌调控取得进展

small

近年来，形貌的优化成为进一步提高聚合物太阳能电池能量转换效率的关键问题，尽管二元混合溶剂（一般是主溶剂和添加剂组成）对给受体的结晶行为和相区大小的调节已取得良好的效果，但它对更精细的形貌参数，如相区纯度、相区界面的调节还无能为力。

在中国科学院、科技部、国家自然科学基金委的大力支持下，化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室最近在聚合物太阳能电池活性层微观形貌调控方法与机理方面取得重要进展。

研究人员首次引入三元混合溶剂，对基于PDPP3T和PC71BM的聚合物太阳能电池 (结构见图1) 表面形貌、本体相区、结晶行为进行系统的研究，并与美国北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University）物理系的研究人员合作，运用共振软X射线衍射、二维掠入射广角X射线衍射等一系列手段分析了从单一溶剂到三元混合溶剂的聚合物太阳能电池活性层给受体形貌的演变过程。

通过系统的变量调节发现，三元混合溶剂比例为DCB/CF/DIO = 76:19:5 (v/v) 时结晶性最好，相区尺寸较小，相区纯度最高，相区界面较粗糙（如图2所示），从而获得6.71%的能量转换效率，这是目前基于DPP类材料的单层电池的最高效率之一。同时，他们的研究表明，PDPP3T是极有潜力的红吸光材料(λedge >900nm, VOC>0.65V, PCE>6%)，有望用于高效叠层器件的构筑中。

该研究是首例将三元混合溶剂引入聚合物太阳能电池制备中获得成功的范例，揭示了溶剂体系的理性选择对器件的性能提升有重要的影响，也为高效率材料的器件优化提供了一个新的途径。

研究结果发表在近期的《先进材料》上（Advanced Materials，2012, 24, 6335-6341），工作发表以后被著名科学网站Science Daily以How Solvent Mixtures Affect Organic Solar Cells Structure为题，作了新闻报导。