【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，國際期刊Energy & Environmental Science發(fā)表了武漢大學(xué)高等研究院教授閔杰課題組在有機(jī)光伏領(lǐng)域取得的重要研究進(jìn)展。該研究提出了一種“二聚體分子稀釋工程”策略，成功實現(xiàn)了兼具高效率、高穩(wěn)定性與優(yōu)異可加工性的全聚合物太陽能電池(All-Polymer Solar Cells, all-PSCs)。
論文題目為“Enhanced εr/LDand improved acceptor crystal growth enable all-polymer solar cells with outstanding efficiency, stability, and processability from a chlorinated-dimer diluent additive”。武漢大學(xué)2023級本科生陳至一和碩士生張善華為論文共同第一作者，閔杰、副研究員孫瑞和博士后楊欣榮為共同通訊作者，高等研究院為第一通訊單位。
全聚合物太陽能電池因其優(yōu)異的機(jī)械柔性、形貌穩(wěn)定性以及溶液加工兼容性，被認(rèn)為是下一代柔性光伏和可穿戴能源器件的重要候選技術(shù)。然而，在可規(guī)模化涂布過程中，聚合物材料強(qiáng)分子間作用和鏈纏結(jié)效應(yīng)往往導(dǎo)致活性層形貌難以精準(zhǔn)調(diào)控，從而制約器件在低速和高速涂布下的器件性能。針對瓶頸，研究團(tuán)隊設(shè)計并引入了一種氯化二聚體受體分子(D-SeV-Cl)作為同源稀釋劑，實現(xiàn)了在刮涂成膜過程中分子堆積與結(jié)晶動力學(xué)行為的調(diào)控。研究表明，該策略能夠有效促進(jìn)聚合物受體的有序結(jié)晶，優(yōu)化相分離尺度，顯著提升活性層介電常數(shù)和激子擴(kuò)散長度，并抑制陷阱態(tài)形成。在非鹵溶劑甲苯條件下，基于該策略制備的全聚合物太陽能電池實現(xiàn)了超過20%的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)，同時展現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和光照穩(wěn)定性。同時，在涂布速度2.1-30 m min-1的寬加工窗口內(nèi)，器件PCE始終保持在19%以上，并在大面積組件(15.4cm2)中獲得約17%的PCE，充分驗證了該活性層體系的可加工性能與應(yīng)用潛力。
該研究還從分子工程的角度系統(tǒng)闡明了二聚體稀釋分子在全聚合物活性層微觀結(jié)構(gòu)演化、載流子動力學(xué)及器件穩(wěn)定性提升中的作用機(jī)制，為突破全聚合物太陽能電池在效率、穩(wěn)定性與可加工性之間長期存在的協(xié)同制約提供了新的研究思路與理論依據(jù)。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金、湖北省自然科學(xué)基金及中央高校基本科研業(yè)務(wù)費的支持。武漢大學(xué)科研公共服務(wù)共享平臺為該工作的開展提供了有力支撐。
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