华南理工曹镛团队Nature Communications： 1 cm2全聚合物太阳电池的效率取得里程碑的突破!

【引言】

全聚合物太阳电池(all-PSCs)具有优异的光、热以及机械稳定性，引起研究人员广泛关注。全聚合物太阳的光吸收层由聚合物给体和聚合物受体组成，其中应用最广泛的n-型聚合物电子受体是基于萘酰亚胺单元的N2200及其衍生物。然而，由于萘酰亚胺类n-型聚合物在近红外区域的吸收较弱，限制了太阳光子的有效利用。尽管增加光吸收层的厚度可有效提高对太阳光的吸收，但会导致严重的电荷复合而无法实现高能量转换效率。

【成果简介】

华南理工大学的黄飞教授、应磊教授和埃尔朗根-纽伦堡大学的李宁博士（共同通讯作者）基于自主发展的PTzBI-Si:PBTA-Si:N2200的光吸收材料体系，利用光管理、精细形貌调控方法，实现了1-cm²全聚合物太阳电池器件在光吸收层厚度约350 nm时能量转换效率超过10%，表明了全聚合物太阳电池广阔的应用前景。上述成果近期发表于国际著名期刊《Nature  Communications》。

【图文导读】

图1.吸收光谱和光学模拟

a.活性层组分和溶剂的结构式

b.活性层厚度分别为130nm和320nm的PBTA-Si:PTzBISi:N2200(1.3:0.7:1)混合膜的吸收光谱

c.活性层厚度不同的基于PBTA-Si:PTzBISi:N2200(1.3:0.7:1)的all-PSCs吸收的光子与波长的关系

d.短路电流密度（J_SC）模拟值与活性层厚度的关系

图2.基于PBTA-Si:PTzBISi:N2200(1.3:0.7:1)的厚膜all-PSCs的光伏性能

a.活性层厚度大约为320nm的all-PSCs的填充因子(FF)和J_SC与二苄醚含量的关系

b.二苄醚体积分数为0.1%的all-PSCs的FF与活性层厚度的关系

c.二苄醚体积分数为0.1%的all-PSCs的外量子效率

d.内量子效率为80%时的J_SC模拟值和实验值，插图为活性层厚度分别为130nm和380nm的0.05cm²的all-PSCs的照片

图3.PBTA-Si:PTzBISi:N2200(1.3:0.7:1)混合物膜的形貌

a.无二苄醚和二苄醚体积分数为0.1%的混合膜的掠入射广角X射线散射(GIWAXS)曲线

b. (010)和(100)散射峰的晶体相干长度

c.不同混合物膜的同步辐射共振软 X 射线散射(RSoXS)曲线

图4.大面积的all-PSCs的光伏性能

a.基底和活性层厚度不同的1cm²的all-PSCs的J-V曲线，插图为基底为custom-ITO、活性层厚度为350nm的all-PSCs的照片

b. 基底为custom-ITO、1cm²的all-PSCs的外量子效率和电流密度

c.0.05cm²和1cm² 的厚膜all-PSCs的暗态J-V曲线

d.J^1/2-V曲线

文献链接：Surpassing the 10% efficiency milestone for 1-cm2 all-polymer solar cells（Nat. Commun., 2019,DOI:10.1038/s41467-019-12132-6）

本文由kv1004供稿。