適用大面積制備的有機光伏電池表現出17％的能量轉換效率

　　有機光伏（OPV）電池具有低成本溶液加工、輕質、柔性等突出技術特征。在過去幾年間，隨著新型材料的發展，OPV電池的能量轉換效率（PCE）已經超過了16%，展示了廣闊的應用前景。但是，這些結果通常是在采用旋涂方式制備的小面積OPV電池（小于0.1 cm2）中所實現。當使用適用于制備大面積電池的溶液涂布法制備電池時，由于溶劑揮發過程的顯著改變，OPV材料將形成更大的聚集體，導致光伏活性層中發生較嚴重的相分離。因此，領域內亟待發展適用于大面積溶液涂布法制備的高效率OPV電池。

(a) Molecular structures of PBDB-TF and BTP-4Cl-X, X represents 8, 12 or 16. (b) statistics of OPV cell under different preparation conditions.

　　最近，在國家自然科學基金委和中國科學院的支持下，中國科學院化學研究所高分子物理與化學實驗室的侯劍輝研究團隊通過受體材料結構優化，將OPV電池PCE提升到17%，且該電池具有優異的大面積制備特性。該團隊通過適當的分子優化方法，設計并合成了非富勒烯受體BTP-4Cl-X（X = 8, 12或16）。結果表明，BTP-4Cl-12具有平衡的溶解性和聚集特性。采用該團隊前期工作發展的聚合物給體材料PBDB-TF與BTP-4Cl系列受體材料共混，通過旋涂法制備的小面積（0.09 cm2）電池實現了高達17%的PCE；當使用刮刀涂布法時，1 cm2的電池仍然能夠實現15.5%的PCE。這些結果均是目前OPV電池領域的突出結果。該團隊與西安交通大學馬偉教授團隊合作進行了薄膜形貌相關的研究。結果表明，使用刮刀涂布制備的BTP-4Cl-12電池，具有良好的相分離形貌，有利于載流子傳輸和抑制電荷復合。這項工作對開發可大面積制備的高效OPV電池具有重要的意義。