华南理工段春晖团队Nano Energy:二元全聚合物有机太阳能电池，效率超过16%

发表时间：2022-05-26 10:47作者：知研光电材料

导语：研究人员通过逐层处理法基于PBDB-T/PYT体系制备了一种高效的全聚合物有机太阳能电池（All-PSCs），最高效率16.05%。华南理工段春晖团队Nano Energy:二元全聚合物有机太阳能电池，效率超过16%

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521011071#!

1.前言回顾

由p型聚合物给体和n型聚合物受体组成的全聚合物有机太阳能电池（All-PSCs）因其在形态稳定性和机械稳定性方面的优势而受到越来越多的关注。得益于聚合小分子受体（PSMAs）的发展，All-PSCs器件的光电转换效率（PCE）取得了重大突破，已经超过16%。然而，基于该类器件的性能仍然落后于基于小分子受体（SMAs）的有机太阳能电池（OSCs），主要是因为前种器件的外部量子效率（EQE）和填充因子（FF）明显低于基于SMAs的OSCs，并且活性层的形态调节困难。

含有两种聚合物的溶液通过一步旋涂即可以获得紧密混合的体异质结（BHJ）形态，相应聚合物结晶度和相纯度较低，主要是因为聚合物具有与相邻链缠绕和缠结的强烈倾向。然而，通过逐层（LbL）工艺处理给受体材料可以形成具有良好的垂直成分分布和高相纯度的活性层，所处理的All-PSCs器件的性能优于具有相同聚合物给体和聚合物受体的BHJ器件。人们普遍认为，聚合物结晶度的提高和纤维结构的形成可以有效地降低能量无序和陷阱密度，从而改善OSCs中的电荷产生、传输和收集。因此，非常需要开发能够优化给受体微观结构的有效策略，以进一步提高LbL处理的All-PSCs的器件效率。

图1.器件结构与工艺流程

2.文献简介

基于上述的考虑，近日，华南理工大学段春晖教授研究团队通过LbL处理法制备了一种高效的All-PSCs，其中PBDB-T作为给体，PYT作为受体。在溶剂添加剂和热退火（TA）的辅助下，研究人员通过LbL加工对PBDB-T和PYT的微观结构进行了精细操纵。通过在顶层的PYT沉积过程中添加少量1-氯萘（CN）并对PBDB-T/PYT活性层进行后TA处理，PBDB-T的层状晶体相干长度（CCL）显著提高，并在PYT相形成聚合物纤维。此外，相应器件的PBDB-T/PYT薄膜中形成了类似BHJ的形态，PBDB-T和PYT之间在垂直方向上紧密互相扩散，但具有良好的垂直成分分布。

图2.光伏性能比较

研究人员通过详细的光学和电学表征证明，这种良好的形貌可以延长激子寿命，改善了激子解离，从而降低了陷阱密度和电荷复合损耗，提高了电荷传输和提取效率。因此，LbL处理基于PBDB-T/PYT的All-PSCs器件PCE为16.05%，是迄今为止报告的All-PSCs器件PCE最高值之一。此外，该器件实现了高达0.77的FF，是基于All-PSCs器件的FF最高值。这项工作表明，LbL处理能够精细调节All-PSCs中聚合物给体和受体的微观结构。

图3.电荷动力学测试

3.文献总结

综上，该工作证明利用LbL处理对于提高All-PSCs器件效率具有更重要的意义。相关研究成果现已发表在国际著名能源期刊《Nano Energy》上，题为“Layer-by-Layer Processed Binary All-polymer Solar Cells with Efficiency over 16% Enabled by Finely Optimized Morphology”。

本文关键词：全聚合物有机太阳能电池，聚合小分子受体，逐层处理，活性层形貌，垂直相分布。

4.材料推荐