浙大李昌治团队AM:新策略辅助叶片涂层技术制备高性能有机太阳能组件

发表时间：2022-05-13 10:13作者：知研光电材料

导语：研究人员开发出一种双层-合并-退火（简称BMA）辅助叶片涂层的策略，最终开发了高性能OSCs组件，有效面积为18.73 cm2的器件获得了高达14.79%的PCE。浙大李昌治团队AM:新策略辅助叶片涂层技术制备高性能有机太阳能组件

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1.前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）是目前典型且具有极大发展潜力的光伏技术之一，单结器件的光电转换效率（PCE）已经超过19%。与此同时，在开发高成本效益且稳定的OSCs方面也取得了巨大进展，推动了OSCs商业化应用。然而，这些进展大多基于良好控制的环境，并且主要是利用旋转涂层制备的几平方毫米面积原型电池器件，这与具有实际应用意义的太阳能电池存在较大的距离。

在均匀性的良好控制下，利用正交溶剂通过刀片涂层在大面积器件上制备多层膜（包括光活性层和电荷传输层）是一个关键挑战。这是因为每个处理层的操作极限（如液体粘度和表面张力）与其它层有很大不同，研究证明，与底层附着力低的弯月面会导致涂层的不均匀性。此外，大面积本体异质结（BHJ）薄膜中的颗粒残留物可导致传输层的针孔问题，这对大面积OSCs的性能非常不利。因此，在构建高效OSCs组件的过程中，提高多层光活性层的规模仍然是一项挑战，非常值得探索。

图1.不同工艺处理方法与效果

2.文献简介

有鉴于此，近日，浙江大学李昌治教授研究团队开发出一种双层-合并-退火（简称BMA）辅助叶片涂层的策略，最终开发了高性能OSCs组件，有效面积为18.73 cm2的器件获得了高达14.79%的PCE。在该策略中，电荷传输层（CTL）直接涂覆在原始BHJ的顶部，然后进行合并退火处理，有助于解决脱湿问题，从而提高薄膜覆盖率以及两层之间的电接触。

图2.器件结构与光伏性能

研究结果显示，基于BMA策略的小面积OSCs器件（PM6:BTP-BO-4Cl，0.06 cm2）在非卤化溶剂的刀片涂层中显示出超过17%的PCE，高于对照器件16.19%的PCE。同时，器件的开路电压（VOC）和填充因子（FF）得到显著提高，主要归因于CTL和BHJ层之间改善的界面接触。此外，BMA策略使得CTL对BHJ薄膜中微米大小的颗粒残留物具有极好的耐受性，从而抑制大面积薄膜的针孔形成。研究人员随后通过叶片涂层制备了放大型OSCs组件，最终获得了14.79%的最佳PCE（有效面积为18.73 cm2）和14.11%的认证PCE（采光面积为19.30 cm2）。更重要的是，在器件面积放大312倍后，效率仍能保持87%以上，说明了该方法的高度稳定性。此外，研究人员还制备了具有超薄银透明电极的半透明器件，其PCE为12.01%。

图3.有机太阳能组件与半透明器件

3.文献总结

综上，该工作为在环境条件下获取高性能有机太阳能组件提供了一种简便有效的方法，有助于其进一步商业化生产和应用。相关研究成果最新发表于国际顶级材料期刊《Advanced Materials》上，题为“High-Performance Organic Solar Modules via the Bilayer-Merged-Annealing Assisted Blading Coating”。

本文关键词：有机太阳能电池，叶片涂层，合并退火，电荷传输层，大面积组件。

4.材料推荐