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 6月11日記者從常州大學(xué)了解到，該校材料科學(xué)與工程學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展的有機(jī)太陽(yáng)能電池形貌調(diào)控策略方面研究，已取得一系列新突破。其相關(guān)研究成果日前已發(fā)表在國(guó)際材料類(lèi)期刊《先進(jìn)材料》和國(guó)際能源類(lèi)期刊《納米能源》。

“我們開(kāi)發(fā)出新型非對(duì)稱(chēng)構(gòu)型的工藝輔助固體及非鹵素溶劑共混的形貌調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)活性層內(nèi)部互穿網(wǎng)絡(luò)狀微納形貌的精細(xì)調(diào)節(jié)，器件效率大幅提升，對(duì)于有機(jī)太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，將具有明顯的推動(dòng)作用。”該校材料科學(xué)與工程學(xué)院宋欣副教授說(shuō)。

有機(jī)太陽(yáng)電池優(yōu)點(diǎn)多受到廣泛關(guān)注

近年來(lái)，有機(jī)太陽(yáng)電池因其具有質(zhì)量輕、成本低、可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)，在物聯(lián)網(wǎng)、建筑一體化等應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。

在該校材料科學(xué)與工程學(xué)院朱衛(wèi)國(guó)教授看來(lái)，通常人們更多地以晶硅等無(wú)機(jī)材料為基礎(chǔ)制備太陽(yáng)能電池。但是這種電池生產(chǎn)存在工藝復(fù)雜、成本高、能耗大、污染重等弊端。

因此，能否找到一種成本低、效率高、柔性強(qiáng)、環(huán)境友好的新型有機(jī)材料研制出新型太陽(yáng)能電池,成為各國(guó)科學(xué)家孜孜以求的目標(biāo)。


“有機(jī)太陽(yáng)能電池以地球上最豐富的碳材料為基本原料,憑借質(zhì)輕、柔性及易于大面積印刷制造等優(yōu)點(diǎn)成為新一代光伏技術(shù)的重要發(fā)展方向。”宋欣說(shuō)。

宋欣介紹，目前，有機(jī)太陽(yáng)能電池多采用“本體異質(zhì)結(jié)”型器件結(jié)構(gòu)，其核心部件是由給體和受體材料共混而成的中間活性層。要想獲得高效率光伏器件，活性層給/受體材料能級(jí)吸收的匹配互補(bǔ)、納米尺度的互穿網(wǎng)絡(luò)形貌，以及載流子傳輸平衡至關(guān)重要。

有機(jī)太陽(yáng)能電池是一個(gè)重要選項(xiàng)

在朱衛(wèi)國(guó)看來(lái)，目前，大多數(shù)高性能有機(jī)太陽(yáng)能電池是使用毒性較大的鹵化有機(jī)溶劑制成，如氯仿、氯苯和1,2-二氯苯等，對(duì)人類(lèi)健康和自然環(huán)境都有不同程度的破壞作用，利用非鹵化溶劑取代鹵化溶劑制備有機(jī)太陽(yáng)能電池是一個(gè)重要選項(xiàng)。

同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)有機(jī)太陽(yáng)能電池水平及垂直方向相分離尺度的協(xié)同調(diào)控，提高器件的能量轉(zhuǎn)換效率，通常是在光活性層引入具有對(duì)稱(chēng)構(gòu)象的可揮發(fā)性固體。

然而，由于其各向同性分子堆積和弱偶極相互作用，使得垂直方向的給受體組分分布雜亂無(wú)章，不利于激子分離和電荷提取，影響光伏性能的進(jìn)一步提升。

因此，有效解決相應(yīng)器件的光伏轉(zhuǎn)換效率低，是推動(dòng)有機(jī)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

“近年來(lái)，針對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池形貌極難調(diào)控這一共性重大難題，在國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、常州大學(xué)科研啟動(dòng)基金的支持下，我們組成聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，集中力量系統(tǒng)開(kāi)展有機(jī)太陽(yáng)能電池形貌調(diào)控策略方面的研究，在這一領(lǐng)域加速取得一系列關(guān)鍵原創(chuàng)性研究成果。”宋欣說(shuō)。

該科研團(tuán)隊(duì)從不同非鹵素溶劑對(duì)給受體的溶解性差異入手，利用溶劑共混策略精細(xì)調(diào)控給受體的互溶特性及相應(yīng)的相分離尺度，解決了基于非鹵素溶劑器件的能量轉(zhuǎn)換效率低的科學(xué)難題，最高效率達(dá)到17.5%。這是目前基于非鹵素溶劑加工的有機(jī)太陽(yáng)能電池最高效率之一。

宋欣還介紹，另一個(gè)重大原創(chuàng)性成果體現(xiàn)在，科研團(tuán)隊(duì)采取非對(duì)稱(chēng)構(gòu)型的工藝輔助固體策略，實(shí)現(xiàn)“一箭雙雕”：一是精細(xì)調(diào)控Y系列受體的聚集態(tài)行為；二是可控形成給受體多級(jí)空間相分離尺度。結(jié)果顯示，利用PAS策略，PM6:L8-BO的器件光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18.5%，遠(yuǎn)高于無(wú)PAS處理的對(duì)照器件15.0%，并在活性層厚度達(dá)到300納米時(shí)，器件效率仍然能保持在17.0%左右。

相關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，今后，通過(guò)環(huán)境友好型工作溶劑及工藝輔助固體策略，可以利用低成本溶液制備工藝，無(wú)需在惰性氣體保護(hù)條件下，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、大面積、高效率的有機(jī)太陽(yáng)能電池的可控制備，未來(lái)有望應(yīng)用于建筑一體化、可穿戴電子設(shè)備、便攜式能源系統(tǒng)和航空航天領(lǐng)域。

原標(biāo)題：我國(guó)有機(jī)太陽(yáng)能電池制備技術(shù)研究取得新突破