国家纳米科学中心魏志祥课题组AM：原位吸收表征槽模涂层高性能大面积柔性有机太阳能电池

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前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）由于其低成本、重量轻和机械柔性等优势，在过去几年中受到了广泛关注。由于新型光活性材料的开发和界面工程的创新，OSCs的功率转换效率（PCE）显著提高。小面积单结OSCs的PCE已达到19%以上，为扩大规模提供了重要基础。然而，这些有效面积小于0.1 cm2的器件通常是通过旋涂法在ITO玻璃衬底上制备的，但由于相关的旋涂线性速度的不均匀，限制了OSCs进一步的大规模连续生产。大面积涂层方法，如喷涂、刀片涂层、槽模涂层、和喷墨打印等，现已广泛用于大面积OSCs的可扩展制造。由于其易于操作、低材料浪费和高通量的优点，槽模涂层工艺被认为是大面积OSCs领域最有前途的方法之一，非常有益于进一步的卷对卷（R2R）生产。

图1.原位UV-vis吸收测量以及分子吸收演变

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文献简介

许多研究表明，槽模涂层中的溶剂干燥过程比旋涂中的慢得多，这就导致光活性层的纳米尺度形貌发生显著变化。然而，分子聚集能力显著影响活性层的成膜动力学，但目前很少研究其对槽模涂层制备的影响。有鉴于此，近日，国家纳米科学中心魏志祥研究员、吕琨研究员、张建齐副研究员等人在最新发表的工作中，研究了聚集能力对槽模涂层相分离动力学的影响，并进一步阐明了它们对大面积柔性器件性能的影响。研究人员使用基于PM6:Qx-1和PM6:Qx-2的OSCs器件，并以工业兼容性的邻二甲苯作为溶剂，通过原位UV-vis吸收测量，从而了解槽模涂覆过程中共混物的成膜动力学。

图2.不同器件的光伏性能比较

研究发现，Qx-1保持了合理的聚集和结晶规模，而Qx-2在其湿膜状态下显示出爆裂聚集，这很难通过提高涂层温度来控制。结果表明，基于PM6:Qx-1的1 cm2器件的PCE可以达到13.70%，这是通过槽模涂层制造的最佳柔性大面积器件。相比之下，基于PM6:Qx-2共混物的柔性器件的PCE在相同的涂覆条件下只能达到0.65%。此外，研究人员还制备了PM6:Qx-1的30 cm2大面积器件，具有超过12%的优良PCE，这表明该体系在放大制备的情况下仍能获得较高的PCE。更重要的是，基于PM6:Qx-1的柔性OSCs器件室温下在手套箱中储存超过6000小时后，也表现出优异的储存稳定性，没有任何退化，这显示了其未来应用的巨大潜力。

图3.不同器件的形貌表征

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文献总结

综上，该工作开发了一种大规模制造柔性大面积OSCs器件的有效策略。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》上，题为“In-situ Absorption Characterization Guided Slot-Die-Coated High-Performance Large-area Flexible Organic Solar Cells and Modules”。

本文关键词：有机太阳能电池，槽模涂层，大面积器件，形貌优化。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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