據(jù)中科院化學(xué)研究所報道，化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室侯劍輝團隊中的葉龍博士等研究人員首次引入三元混合溶劑，對基于PDPP3T和PC71BM的聚合物太陽能電池表面形貌、本體相區(qū)、結(jié)晶行為進行系統(tǒng)的研究。在聚合物太陽能電池活性層微觀形貌調(diào)控方法與機理方面取得進展，其論文已發(fā)表在近期的《先進材料》雜志中。
據(jù)報道，近年來，形貌的優(yōu)化成為進一步提高聚合物太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵問題，盡管二元混合溶劑(一般是主溶劑和添加劑組成)對給受體的結(jié)晶行為和相區(qū)大小的調(diào)節(jié)已取得良好的效果，但它對更精細的形貌參數(shù)，如相區(qū)純度、相區(qū)界面的調(diào)節(jié)還無能為力。
聚合物太陽能電池的材料與器件結(jié)構(gòu)，圖片來自：科學(xué)網(wǎng)
在該研究中，研究人員引入三元混合溶劑，并與美國北卡羅來納州立大學(xué)(North Carolina State University)物理系的研究人員合作，運用共振軟X射線衍射、二維掠入射廣角X射線衍射等一系列手段分析了從單一溶劑到三元混合溶劑的聚合物太陽能電池活性層給受體形貌的演變過程。
通過系統(tǒng)的變量調(diào)節(jié)發(fā)現(xiàn)，三元混合溶劑比例為DCB/CF/DIO = 76:19:5 (v/v) 時結(jié)晶性最好，相區(qū)尺寸較小，相區(qū)純度最高，相區(qū)界面較粗糙(如圖2所示)，從而獲得6.71%的能量轉(zhuǎn)換效率，這是目前基于DPP類材料的單層電池的最高效率之一。同時，他們的研究表明，PDPP3T是極有潛力的紅吸光材料(λedge >900nm, VOC>0.65V, PCE>6%)，有望用于高效疊層器件的設(shè)計中。
從一元溶劑到三元溶劑的給受體形貌的演化示意圖，圖片來自：科學(xué)網(wǎng)
該研究是首例將三元混合溶劑引入聚合物太陽能電池制備中獲得成功的范例，揭示了溶劑體系的理性選擇對器件的性能提升有重要的影響，也為高效率材料的器件優(yōu)化提供了一個新的途徑。
這項研究中的中方部分獲得863計劃、中國科學(xué)院、科技部國家自然科學(xué)基金委的資金支持，美方部分由美國能源部提供支持。
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