中科院青島生物能源與過程研究所 為開發高效穩定有機太陽能電池提供新思路

近日，中科院青島生物能源與過程研究所研究員包西昌帶領先進有機功能材料與器件研究組，在利用絕緣樹脂調控有機太陽能電池研究方面獲系列進展。

有機太陽能電池具有質輕、柔韌、可溶液加工等優點，在可穿戴柔性電子、光伏建筑一體化、光伏農業等領域有廣闊應用前景。但該電池有機光敏層具有的低介電常數和內置電場導致高激子結合能和低驅動力，限制了激子的有效解離，使有機光伏的電流低于同等帶隙的無機體系。

此外，光熱過程會誘導光敏層的嚴重自聚集現象，使給受體產生過度相分離而不能形成良好的互穿網絡結構，進一步抑制激子解離及輸運，導致有機光伏較差的光熱穩定性。

針對上述問題，研究組首先利用聚芳醚與光伏給受體材料的溶解性差異并結合逐層涂覆方法制備平面異質結有機太陽能電池，該方法不僅提升了光敏層給受體的分子緊密堆積，更改善了電荷復合和電荷提取能力，使有機太陽能電池實現了18.6%的高光電轉換效率，絕緣樹脂在光敏層內部形成矩陣網絡結構，降低了材料的自聚集，提高了器件光熱穩定性。相關研究發表于《美國化學會-能源快報》。

研究人員基于此發現聚芳醚材料均勻分布在光敏層內部，發展了有機光伏pin概念，增強有機光敏層的介電常數和內置電場，提高載流子的傳輸與收集效率。相關研究結果發表于《納米能源》。

上述工作揭示了絕緣聚芳醚樹脂材料改善有機太陽能電池光電性能、光熱穩定性及柔韌拉伸性的新機制，為開發高效穩定的有機太陽能電池提供了新思路。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c01586

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107742

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