苏州大学马万里教授Adv. Energy Mater.：具有优异稳定性能的全聚合物太阳能电池

引言

最近五年，基于非富勒烯受体材料的聚合物太阳能电池取得了长足的进展。与传统的富勒烯材料相比，非富勒烯受体材料可以很好的弥补传统受体材料PCBM吸光弱，化学结构和电学能级不易调节的缺点。截止到目前为止，基于共轭小分子受体材料的太阳能电池的光电转换效率已经超过13%，而全聚合物太阳能电池的效率也达到10%。聚合物受体理论上被认为具有良好的热稳定性及机械稳定性好、材料可以大批量合成、化学结构可调等优点。因此全聚合物太阳能电池更有利于柔性器件和可穿戴设备的应用。但是目前系统研究全聚合物器件稳定性的工作还相对较少，于此同时，系统对比小分子受体和聚合物受体在形貌、电荷传输以及稳定性方面的研究也很少受到关注。这些基础的器件研究工作对加深我们对非富勒烯电池的理解以及推动非富勒烯电池的大面积进程具有重要的意义。

成果简介    

近日，苏州大学功能纳米与软物质研究院的马万里教授团队在Advanced Energy Materials上在线发表了题为Thermally Stable All-Polymer Solar Cells with High Tolerance on Blend Ratios的论文。该论文使用目前效率较高的全聚合物太阳能电池体系即PBDB-T作为电子给体，N2200作为电子受体以及聚合物/小分子体系即PBDB-T作为电子给体，ITIC作为电子受体来进行研究。通过调节溶液中的给/受体的比例分别制备全聚合物太阳能电池和聚合物/小分子太阳能电池器件，通过 GIWAXS、形貌及器件效率的测试，我们发现全聚合物太阳能电池表现出更好的比例稳定性。当给/受体比例为10/1时，全聚合物器件效率依然保持为最高值的60%，而聚合物/小分子器件效率则趋于0。我们首次报道了全聚合物太阳能电池的比例稳定性，并对低受体浓度条件下的器件热稳定性进行研究。我们将未封装的器件保存在N₂氛围下，研究器件的暗态稳定性和热稳定性（80℃），发现全聚合物太阳能电池尤其是高给/受体比例下的全聚合物太阳能电池表现出极好的热稳定性，在70天内，效率无明显下降，而聚合物/小分子器件效率降低为原来的54%。由此可见，非富勒烯太阳能电池中的全聚合物太阳能电池虽然目前效率还有待提高，但是其具有独特的比例稳定性，和优异的热稳定性还有耐弯曲特性，在未来制作柔性太阳能电池中有潜在的巨大优势。

图文导读

图1 器件图及材料的分子结构、能级图和最优比例下的太阳能电池电流-电压曲线

图2 器件参数随给/受体比例的变化曲线

图3 不同给/受体比例下的太阳能电池暗电流曲线和器件外量子效率图

图4 不同给/受体比例下的太阳能电池的光电流及迁移率曲线

图5 不同给/受体比例下的薄膜GIWAX图

图6 高给/受体比例、最优给/受体比例和低给/受体比例下的形貌简图

图7 太阳能电池在暗态以及80℃加热条件下的稳定性曲线

鸣谢

该论文的第一作者是苏州大学功能纳米与软物质研究院博士研究生张燕南，马万里教授和袁建宇副研究员为该论文的共同通讯作者。该工作得到了科技部重点研发计划，国家自然科学基金面上项目，江苏自然科学基金青年基金的支持。马万里教授团队近年来在全聚合物非富勒烯太阳能电池等方面报道了一系列原创性工作，在Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Nano Energy等国际知名期刊上发表多篇学术论文。

文章链接

Thermally Stable All-Polymer Solar Cells with High Tolerance on Blend Ratios (Advanced Energy Material, 2018, DOI: 10.1002/aenm.201800029)

感谢苏州大学功能纳米与软物质研究院的马万里教授团队供稿！

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