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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

发表时间:2023-01-13 10:28作者:知研光电材料来源:公众号【有机光电前沿】网址:https://mp.weixin.qq.com/s/zZVekW1l0Q_GL5cBFrsAow

导语: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。


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国家纳米科学中心魏志祥&邓丹AM:全小分子有机太阳能电池中给体端基烷基链长度依赖的非辐射能量损失

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国家纳米科学中心魏志祥团队AM:全小分子有机太阳能电池创新纪录,效率16.2%!


1.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。


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图1.原位UV-vis吸收测量以及分子吸收演变


2.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。


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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。


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3.不同器件的形貌表征


3.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。


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