我院科研人员在利用剪切刮涂优化聚合物太阳电池形貌取得重要进展
2018-04-19 18:19:33

     近年来,非富勒烯有机太阳能电池得到了快速发展,基于非富勒烯作为受体的电池效率取得了很大的进步。尽管如此,这些成绩都是在实验室基于小面积旋涂成膜(spin-coating)而获得的。为了今后的广泛应用有机太阳能电池,发展大面积加工技术极为迫切。狭缝挤出成膜是一种可结合卷对卷的连续大面积加工技术,是未来大面积加工有机太阳能电池的成膜技术。而刮涂成膜(blade-coating)是狭缝挤出成膜的一种原型工具,具有类似的特征。事实上,有机太阳能电池的活性层形貌对光电转化过程非常重要。相对于旋涂加工,刮涂法将对分子链施加更强的剪切力,改变分子排列及聚集状态。然而,在有机太阳能电池中利用强剪切力来优化强结晶性的活性层形貌相关研究还没有报道。此外,在优化形貌过程中常用到的高沸点添加剂难以去除,这影响器件的稳定性,因此在器件的制备过程中要尽量减少高沸点添加剂的使用。


针上述科学问题,西安交通大学金属材料强度国家重点实验室马伟课题组,通过在空气中旋涂和刮涂进行对比,发现了强剪切力的刮涂方法可以有效优化活性层的形貌。他们采用同步辐射技术(软/硬X射线散射)分析了旋涂和刮涂制备的薄膜的形貌特性。研究发现:相比于旋涂,刮涂在调控活性层形貌上具有一些固有的属性和优势,比如,刮涂可以诱导更多的无定形有机分子形成更有序的晶区,因而可以提高结晶性和相纯度。此外他们还制备了非富勒烯有机太阳能电池器件,在使用更少量高沸点添加剂的情况下,在空气中,刮涂获得了比旋涂成膜更好的器件性能(>PCE 10%)和更好的器件稳定性。这项工作为今后有机太阳能电池大面积制备的发展提供了重要指导。

该研究成果近期在国际材料领域期刊Advanced MaterialsIF 19.791)上发表,题目为Blade-cast Non-Fullerene Organic Solar Cells in Air with Excellent Morphology, Efficiency and Stability”。西安交通大学为该论文的第一作者和唯一通讯作者单位,马伟教授为通讯作者,第一作者为其博士研究生张霖。

该研究得到科技部、国家自然科学基金、中科院高分子物理与化学国家重点实验室开放研究基金支持和美国劳伦斯伯克利国家实验室提供的机时支持。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201800343

 

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