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研究人员在绿色溶剂加工聚合物太阳能电池研究方面取得突破进展(9.47%)
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近年来, 聚合物太阳能电池具有质轻，可使用卷对卷技术进行大面积制备等优点受到了科学家的广泛关注。科学家们设计合成了上千种光伏材料和提出了众多有效的加工方法及新的器件结构，经过20多年的努力，目前实验室报道的最高效率已经达到10%，接近了实用化的门槛。但是目前实验室制备高效有机太阳能电池普遍使用卤化溶剂，其高毒性有碍于商业化。众所周知，使用卤素溶剂的缺点是：例如，如果卤素溶剂直接挥发到大气中会引起臭氧层的破坏，导致到达地球表面的紫外线增加，给人类健康和生态环境带来危害，如果燃烧这种卤素溶剂制备的材料，会增加大气中的酸性从而导致酸雨。因此，随着能量转换效率的增加，寻求一种非卤素的溶剂加工方法和环境友好的大面积涂膜工艺成为聚合物太阳能电池发展的一个重要且迫切的研究领域。 在国家自然科学基金委、科技部及中国科学院的大力支持下，化学所高分子物理与化学国家重点实验室的侯剑辉课题组与中国海洋大学孙明亮课题组在绿色溶剂加工聚合物太阳能电池研究方面取得突破进展，相关结果发表在J. Mater. Chem. A, 2015，DOI: 10.1039/C4TA07029A(http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ta/c4ta07029a) 上。 在该研究工作中，研究人员选取N-甲基吡咯烷酮作为溶剂添加剂，主要原因如下：（1），NMP有较高的沸点（202℃）且比主溶剂二甲苯沸点高（144.5℃）（2），与主溶剂二甲苯有合适的溶剂参数。因此，N-甲基吡咯烷酮被选为溶剂添加剂来优化活性层的形貌。研究人员首次使用绿色混合溶剂(o-xylene/NMP)制备了ITO/PEDOT PSS/PBDT-TS1 PC71BM/Mg/Al结构的正向结构聚合物太阳能电池, 该器件在AM1.5G, 100 mW/cm2的光照下能量转换效率达到了9.47%，这是目前报道的使用绿色溶剂加工制备聚合物太阳能电池的最高能量转换效率。通过原子力显微镜(AFM)，透射电镜(TEM)以及光电子能谱仪(XPS)等测试手段分析了卤素混合溶剂与非卤素混合溶剂的形貌差异，最后，我们将这种溶剂体系应用在多种具有代表性的聚合物体系中且取得了与卤素溶剂相似的效率，因此，非卤素混合溶剂（二甲苯/N-甲基吡咯烷酮）是一种通用的溶剂体系用来制备高效有机太阳能电池，同时这种非卤混合溶剂体系可以取代传统的卤素溶剂来制备高效聚合物太阳能电池。 The power conversion efficiencies (PCEs) of state-of-the-art polymer solar cells (PSCs) have been promoted to over 9%. However, halogenated solvents like chlorobenzene (CB), o-dichlorobenzene (DCB), 1,8-diiodooctane (DIO) or their mixtures are still predominately used in the fabrications of these high performance PSCs. With the rapid progress in PCEs, to remove the halogenated solvents from the fabrication processes of PSCs becomes an urgent task for the practical utilization of PSC technology. In this contribution, a halogen-free solvent system consisting of o-xylene (XY) and N-methylpyrrolidone (NMP) was successfully applied in fabrications of the PSCs based on a variety of highly efficient polymers including PBDT-TS1 and other eight types of photovoltaic polymers. Notably, utilizing XY/2% NMP mixture as processing solvent, PBDT-TS1/PC71BM-based PSC realized a PCE of 9.47%, which is the highest value in halogen-free solvent processed PSCs till now. The photovoltaic properties and nanoscale morphology clearly indicated that the halogen-free solvent system featuring XY/NMP mixture can replace the role of the widely utilized halogenated solvents in fabricating environmental-friendly PSCs with high efficiency. 附件为本文中提到的研究论文，分享给大家，希望可以多多交流  绿色溶剂加工聚合物太阳能电池研究方面取得突破进展 |
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2015-05-12 10:05:58, 1015.59 K
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 uicorn3 | 聚合物太阳能电池 |
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