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华南理工陈军武&张连杰EES:硅氧烷诱导具有高耐湿性的稳定光敏材料用于有机太阳能电池的环境加工

2023/7/14 10:21:05  阅读:144 发布者:

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前言回顾

尽管大多数有机太阳能电池(OSCs)是在惰性气氛中制备的,例如在充满N2的手套箱中,但在环境条件下制备高性能OSCs应该是最终目标。与惰性气氛不同,环境条件包括氧气和水,空气中的含水量或相对湿度(RH)在不同季节会有很大变化。在雨季和某些地区,相对湿度可能超过90%Y6及其衍生物的出现大大促进了OSCs的发展,使得器件的功率转换效率(PCE)达到18%以上。然而,当在高RH的空气中制造该类器件时,几个基于Y系列NFA活性层的PCE明显降低。因此,全面了解在该种情况下本体异质结(BHJ)形态损伤机制是非常重要的。

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文献简介

有鉴于此,近日,华南理工大学陈军武教授、张连杰副教授等人提出,在高RH空气中铸造活性层过程中的水分凝结应该是形态劣化的关键因素,研究人员通过揭示聚合物PTQ10PQSi705的活性层在处理时的大的耐湿性差异,进一步提出了相关的材料应对策略。PTQ10PQSi705两种聚合物给体具有相同的喹喔啉-噻吩共轭骨架,但侧链略有不同。PTQ10具有简单的喹喔啉-噻吩骨架,其在制备低成本聚合物给体方面具有巨大的潜力。而无规共聚物PQSi705包括一个带有5%硅氧烷封端侧链。研究结果显示,在N2手套箱中处理的PTQ10:Y6活性层获得了14.82%PCE,但在93%相对湿度空气中PCE仅为12.22%。然而,在N2手套箱和93%RH空气中制备的基于PQSi705:Y6活性层的OSCs显示出几乎相同约16.1%PCE,这表明PQSi705在空气处理中具有耐湿性。事实上,聚合物PQSi705的硅氧烷封端侧链的疏水性可以削弱共混膜表面的水分凝结,即使在高湿度条件下也是如此,并抑制水滴进入共混膜,最终抑制水对共混膜的形态损伤。

此外,基于PBZ-2Si:i-IEICO-4FSi25:Y6-BOJ52:i-IESi-4FPBZ-2Si:i-IESi-46F的活性层也具有空气处理中的高耐湿性,这表明当聚合物给体或NFA携带硅氧烷封端的侧链时具有一定的普适性。特别是,在m-TEH作为NFA的情况下,在N2手套箱和90%RH空气中处理的PQSi705:m-TEH活性层获得了约18%的几乎相同的PCE,是迄今为止报道的在高RH空气中制造的BHJ活性层最高效率。事实上,在最近的研究中,氧化硅阻挡层可以提高钙钛矿太阳能电池的耐湿性。因而从某种意义上说,硅氧烷和氧化硅具有相似的化学性质,并且同样具有耐湿特性。

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文献总结

综上,该工作的研究结果表明,将硅氧烷封端的侧链连接在光活性材料上是一种有价值的化学对策,可以用于空气处理并承受大的湿度变化。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》上,题为“Siloxane-induced robust photoactive materials with high humidity tolerance for ambient processing of organic solar cells”。

本文关键词:有机太阳能电池,湿度,硅氧烷,环境加工。

转自:“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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