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llye88

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[交流] 聚合物太阳能电池的器件优化方法已有2人参与

有机/聚合物太阳能电池的光伏性能很大程度上依赖于活性层的形貌，精确控制活性层共混薄膜的形貌就成了提高器件能量转换效率的关键。中科院化学所的研究人员2012年在国际上首次引入三元混合溶剂对基于PDPP3T和PC71BM的聚合物太阳能电池的表面形貌、本体相区、结晶行为进行系统的研究，获得6.71%的能量转换效率，这是目前基于DPP类材料的单层电池的最高效率之一，该研究是首例将三元混合溶剂引入聚合物太阳能电池制备中获得成功的范例，指出溶剂体系的理性选择对器件的性能提升有重要的影响，也为高效率材料的器件优化提供了一个新的途径。相关研究结果发表在《先进材料》上（Adv. Mater. 2012, 24, 6335-6341 ；Adv. Mater. 2014, DOI: 10.1002/adma.201400216），并得到国际著名科技网站Science Daily 和Phys Org的评述。该工作2012年12月发表后被引用64次，包括诺贝尔奖获得者Alan J. Heeger教授2014年发表在Chemical Reviews的综述论文Bulk Heterojunction Solar Cells: Morphology and Performance Relationships全图引用。值得指出的是，他们近期的工作表明三元溶剂在非富勒烯受体体系也效果十分显著（Chem. Commun. 2014, 50, 1024-1026 ; Small, 2014, DOI: 10.1002/smll.201401082)。
溶剂添加剂作为当前主要的形貌优化手段，使大多数高效率材料如PTB7, PBDTTT-C-T的效率提高到7~9%。2013年他们通过理论计算和红外光谱验证了高沸点添加剂DIO在高效聚合物太阳能电池制备过程中存在残留。DIO残留时会造成S形J-V曲线，导致器件的效率以及重复性不高。他们进一步设计了三种方式以消除残留DIO，并调控添加剂挥发的过程，结果表明对活性层表面进行甲醇等惰性溶剂处理能显著提高器件的重复性和效率，该方法在6种代表性高效光伏材料中均取得良好的效果。他们与Bruker公司合作采用最新研制的PeakForce KPFM技术对其电势变化进行了研究。对溶剂的挥发过程进行调节, 实现对聚合物太阳能电池活性层形貌精细地调控，并取得了良好的效果。值得指出的是该方法也日益成为高效聚合物光伏器件制备中的标准流程。该论文2013年7月发表在J. Phys. Chem. C后被引用10次，如最近发表的Energy and Environmental Science上的“From Lab to Fab: how must the polymer solar cells materials design change ? – An industrial perspective"。

References
[1] Ye, L.; Zhang, S.; Ma, W.*; Fan, B.; Guo, X.; Huang, Y.; Ade, H.; Hou, J.*, From Binary to Ternary Solvent: Morphology Fine‐tuning of D/A Blends in PDPP3T‐based Polymer Solar Cells. Adv. Mater. 2012, 24 (47), 6335-6341.
[2] Ma, W.; Tumbleston, J. R.; Ye, L.; Wang, C.; Hou, J.*; Ade, H.*, Quantification of Nano- and Mesoscale Phase Separation and Relation to Donor and Acceptor Quantum Efficiency, Jsc, and FF in Polymer:Fullerene Solar Cells. Adv. Mater. 2014, DOI: 10.1002/adma.201400216.
[3] Jiang, W.; Ye, L.; Li, X.; Xiao, C.; Tan, F.; Zhao, W.; Hou, J.*; Wang, Z.*, Bay-linked perylene bisimides as promising non-fullerene acceptors for organic solar cells. Chem. Commun. 2014, 50 (8), 1024-1026.
[4] Ye, L.; Jiang, W.; Zhao, W.; Zhang, S.; Qian, D.; Wang, Z.*; Hou, J.*, Selecting a Donor Polymer for Realizing Favorable Morphology in Efficient Non-fullerene Acceptor-based Solar Cells. Small 2014, DOI: 10.1002/smll.201401082.
[5] Ye, L.; Jing, Y.; Guo, X.; Sun, H.; Zhang, S.; Zhang, M.; Huo, L.; Hou, J., Remove the Residual Additives toward Enhanced Efficiency with Higher Reproducibility in Polymer Solar Cells. The Journal of Physical Chemistry C 2013, 117 (29), 14920-14928.

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[ Last edited by llye88 on 2014-6-27 at 15:55 ]

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