常州大学宋欣等AEM：溶剂诱导反聚集策略调控阴极界面，获得大面积、高效率有机太阳能电池

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前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）作为下一代光伏技术，在过去二十年中取得了快速发展。随着光伏材料的日益创新，以及形貌控制和器件工程的技术革新，单结OSCs的能量转换效率（PCE）已突破19%，叠层电池效率更是达到20%以上，展现出广阔的应用前景。但是，器件效率、服役可靠性及大面积溶液法制备等制约有机太阳能电池产业化的因素仍未得到有效解决，也鲜见报道。因此，可靠制备大面积、高效率、高稳定性的有机光伏器件一直是该领域的重大科学及技术挑战。

阴极界面层是有机太阳能电池中的重要组成部分，目前多数是由苝酰亚胺（PDI）类n型小分子材料所构成。但是，PDI分子由于具有较大的稠环平面，易产生自聚集，出现成膜孔洞现象，导致器件服役可靠性下降和大面积器件效率滚降，不利于大规模、产业化应用。

图1.分子结构与器件制备示意图

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文献简介

有鉴于此，近日，常州大学材料科学与工程学院宋欣副教授和朱卫国教授联合攻关，在有机太阳能电池服役可靠性及大面积溶液法制程方面取得重要进展，研究工作以“Solvent-induced anti-aggregation evolution on small molecule electron-transporting layer for efficient, scalable and robust organic solar cells ”为题发表在国际顶级能源类期刊《Advanced Energy Materials》上（DOI: 10.1002/aenm.2203009）。

图2.薄膜演变、光致发光光谱与EPR谱图

研究人员联合攻关，创新性提出了溶剂诱导反聚集（SIAA）策略。如图1所示，即通过选择具有较强酸性（PH ~ 4）的三氟乙醇（TFE）作为乙醇的共混溶剂，与含有氨基末端基团的PDI小分子材料（PDINN）相互作用，诱导PDINN小分子在共混溶剂中充分分散，形成均匀、致密的阴极界面层，实现小分子聚集状态的精细调控。利用此SIAA策略，显著提高OSCs能量转换效率和稳定性，其中，PM6:L8-BO器件的PCE值从17.6%提升到19.0%，填充因子（FF）从76.8%提升到80.6%。在此基础上，利用刀片刮涂工艺，制备1 cm2的大面积器件性能仍能保持在16.6%。更为重要的是，器件的稳定性也呈现大幅提升，在500小时持续加热后，器件的PCE仍保持在80%以上；而未处理器件的PCE只能保留初始值的70%，凸显了此溶剂诱导反聚集策略在器件性能及稳定性提升方面的明显优势。这项工作为大面积、高效率、高稳定性的OSCs提供一条有效途径。

图3.器件结构与光伏性能

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文献总结

综上，该工作为解决小分子聚集问题提供了新的解决策略，可以应用于同时提高有机电子器件的光电性能和稳定性。该研究得到了国家自然科学基金（62105229）、江苏省自然科学基金（BK20200591）和常州大学基本科研项目（ZMF22020018）等的资助。

本文关键词：有机太阳能电池，溶剂诱导抗聚集，电子传输层，形貌调节，大面积器件。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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