Adv. Funct. Mater. 苏州大学共混型聚合物太阳能电池获新突破

聚合物太阳能电池（PSCs）作为一种有效的太阳能利用方式，因其低廉的价格、良好的柔韧性以及可大规模生产等特点，吸引了众多人的关注。利用共轭聚合物作为供体、富勒烯衍生物作为接受体的本体异质结（BHJ）PSCs，在高能量转换效率（PCE）面起着主导作用。到目前为止，有报道的最好PCE已经超过10%，但是离商业化应用还存在一定差距。

众所周知，在BHJ太阳能电池中，活性层的形态对PSCs的性能起着至关重要的作用。通常通过温度控制、溶剂热处理、溶剂选择、混合溶剂以及溶剂添加剂等途径来优化活性层的形态，其中二元混合溶剂添加物法近来备受关注。活化层的形态可通过聚合物和富勒烯衍生物之间的多步相互作用来调节，最终设备的效率可大幅得到改善。

最近，由苏州大学材料与化学化工部先进光电材料实验室国霞、张茂杰及西安交通大学马伟老师等人领导的科研团队基于PTB7-Th的混合（PC₇₁BM通过使用一种1,8-二碘辛烷与 N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂添加剂来优化混合物的形态）制备出聚合物太阳能电池，并在一个简单转换设备上实现了10.8%的高能转换效率。为了能够深入研究混合溶剂添加剂对活性层形态和设备性能的影响，研究人员测量了共混膜的分子堆积与本体形态变化。虽然所有共混膜表现出了类似的域尺寸和纳米尺度相分离，采用混合溶剂添加物的共混膜所呈现的域纯度最高，获得最少的双分子复合、相对高的J_sc和强化的PCE。最终，基于与二元溶剂添加物混合处理，在设备上获得最好的光伏性能：0.82V的Voc、19.1mAcm^-2的J_sc、69.1%的FF和10.8%的PCE。

【图文导读】

图1 结构图

（a）PTB7-Th与PC₇₁BM的分子结构图

（b）基于PTB7-Th：PC₇₁BM的PSCs结构示意图

图2 性能曲线

说明，NM：N-甲基吡咯烷酮；DIO：1,8-二碘辛烷；EQE：外量子效率

（a）在5,100mWcm^-2照度条件下，基于不同条件下PTB7-Th：PC₇₁BM的PSCs电流密度-电压曲线

（b）对应设备的外量子效率曲线

图3 不同条件下PTB7-Th：PC₇₁BM共混膜的掠入射宽角x射线散射（GIWAXS）图

（a）无添加剂

（b）3% 1,8-二碘辛烷（DIO）

（c）3% N-甲基吡咯烷酮（NMP）

（d）1.5% DIO和1.5% NMP

（e）对应共混膜的散射曲线积分

图4 不同条件下PTB7-Th：PC₇₁BM共混膜共振软x射线散射（RSo XS）曲线，无添加剂（黑色），3% DIO（红色），3% NMP（蓝色） 1.5% DIO和1.5% NMP（橙色）

图5 光照V=Voc时，基于不同条件下PTB7-Th：PC₇₁BM PSCs阻抗数据的尼奎斯特曲线，以及对应的等效电路

文献链接：10.8% Efficiency Polymer Solar Cells Based on PTB7-Th and PC71BM via Binary Solvent Additives Treatment

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