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西交大马伟团队Nano Energy:连续叶片涂层制备高效机械强度有机太阳能电池发表时间：2022-04-02 10:04作者：知研光电材料 导语：研究人员基于连续叶片涂层技术来控制OSCs薄膜的垂直相分层，从而实现高强度和高效的OSCs，裂纹起始应变（COS）为29.7±0.7%（最高为30.5%），弹性模量为353.7±20.8 MPa。西交大马伟团队Nano Energy:连续叶片涂层制备高效机械强度有机太阳能电池 更多光电前沿资讯和材料，可关注微信公众号“有机光电前沿”与“知研光电材料”。文中所涉及众多材料知研均有销售，详情请联系客服。 文献直通车请点击左下方链接。如需文献PDF，可直接联系知研客服获取。 1.前言回顾 得益于分子结构设计、形态优化的迅速发展，以及传输层、电极、器件结构和薄膜沉积方法的创新，有机太阳能电池（OSCs）的光电转换效率（PCE）现已接近商业化要求。相比无机半导体，有机半导体的固有柔韧性在制造下一代可穿戴电子器件中具有明显优势。然而，对于OSCs在这些产品（如人造皮肤）中的应用，需要至少30%的拉伸应变下保持其光伏性能，但目前效率超过10%的OSCs活性层通常在拉伸到25%应变之前开裂，导致PCE的大幅度降低。因此，为了降低OSCs在可穿戴电子器件中的机械稳定性和光伏性能之间的差距，需要付出巨大的努力。 脆性小分子与韧性聚合物的混合会导致脆弱的给体/受体（D/A）界面和富含受体的区域，在外力作用下容易开裂，从而导致光活性薄膜的机械强度降低。于是人们合成了韧性聚合物受体来取代脆性小分子，可以有效地提高机械性能，但这限制了光电流的产生，最终使得器件效率较低。形态调节是改善变形性的另一种常用方法，例如增加给体和小分子受体之间的分子间相互作用以分散外力，并加入第三组分来提高小分子受体的结晶度。然而，由于形态调节机制复杂，该策略难以普遍适用，限制了其未来的进一步应用。因此，如何在不牺牲效率的前提下，显著提高活动层的变形能力，仍然需要深入研究。  2.文献简介 在连续叶片涂层（SBC）技术中，给体和受体分别沉积，从而具有不同于传统体异质结（BHJ）结构的逐层（LBL）结构，其具有明显垂直成分分布。与通过充分混合溶液制备的BHJ结构相比，在干燥的第一层上沉积第二层使LBL结构更容易形成不平衡的D/A比。近日，西安交通大学马伟教授研究团队通过采用SBC技术，将PTQ10和Y6层分别沉积，从而实现光活性层的LBL结构，该结构在聚合物小分子相的受控组成方面与传统的BHJ结构明显不同。在LBL结构薄膜中，研究人员系统地改变顶层PTQ10厚度和后处理（退火和添加剂）来控制垂直相分布，进一步分析其对器件效率和机械性能的影响。对垂直分布的形态研究表明，LBL结构的上层属于PTQ10富集区，而下层则呈现出相对平衡的PTQ10:Y6混合比。此外，原位测量表明，PTQ10的浓度高于Y6，这是由于在Y6层上沉积PTQ10时，部分Y6会再溶解，从而在优化的LBL结构中形成垂直分层。富含PTQ10的区域促进了足够的分子间纠缠，均匀分布的Y6确保了优化的LBL结构中更强D/A界面。  研究结果表明，与传统BHJ结构相比，最佳LBL结构薄膜的裂纹起始应变（COS）从6.5±0.1%显著增加至29.7±0.7%（最高为30.5%），弹性模量从599.4±19.2 MPa降低至353.7±20.8 MPa。同时，PTQ10:Y6平衡混合比结构的下部形成了连续的互穿网络和足够的界面，与基于BHJ器件的14.2%相比，PCE提高到14.4%。据悉，30.5%的COS值是目前报道的基于聚合物小分子OSCs器件的最高值。此外，研究人员还使用D18:Y6体系证明了该策略的普遍适用性，证明了其在LBL结构光活性薄膜中改善的机械变形能力。这些结果表明，垂直相分层对于实现高效机械稳定的OSCs在可穿戴电子产品中的未来应用具有重要意义。  3.文献总结 综上，该工作使用连续叶片涂层技术来控制OSCs薄膜的垂直相分层，从而实现高强度和高效的OSCs。相关研究成果最新发表于国际能源期刊《Nano Energy》上，题为“Efficient and Mechanically-Robust Organic Solar Cells based on Vertical Stratification Modulation through Sequential Blade-coating”。 本文关键词：有机太阳能电池，连续叶片涂层，机械性能，垂直相分离。 4.材料推荐     |
