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6月11日記者從常州大學了解到，該校材料科學與工程學院科研團隊開展的有機太陽能電池形貌調(diào)控策略方面研究，已取得一系列新突破。其相關研究成果日前已發(fā)表在國際材料類期刊《先進材料》和國際能源類期刊《納米能源》。

“我們開發(fā)出新型非對稱構型的工藝輔助固體及非鹵素溶劑共混的形貌調(diào)控策略，實現(xiàn)了有機活性層內(nèi)部互穿網(wǎng)絡狀微納形貌的精細調(diào)節(jié)，器件效率大幅提升，對于有機太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化應用，將具有明顯的推動作用?！痹撔２牧峡茖W與工程學院宋欣副教授說。

有機太陽電池優(yōu)點多受到廣泛關注

近年來，有機太陽電池因其具有質量輕、成本低、可溶液加工等優(yōu)點，在物聯(lián)網(wǎng)、建筑一體化等應用領域受到廣泛關注。

在該校材料科學與工程學院朱衛(wèi)國教授看來，通常人們更多地以晶硅等無機材料為基礎制備太陽能電池。但是這種電池生產(chǎn)存在工藝復雜、成本高、能耗大、污染重等弊端。

因此，能否找到一種成本低、效率高、柔性強、環(huán)境友好的新型有機材料研制出新型太陽能電池,成為各國科學家孜孜以求的目標。

“有機太陽能電池以地球上最豐富的碳材料為基本原料,憑借質輕、柔性及易于大面積印刷制造等優(yōu)點成為新一代光伏技術的重要發(fā)展方向?！彼涡勒f。

宋欣介紹，目前，有機太陽能電池多采用“本體異質結”型器件結構，其核心部件是由給體和受體材料共混而成的中間活性層。要想獲得高效率光伏器件，活性層給/受體材料能級吸收的匹配互補、納米尺度的互穿網(wǎng)絡形貌，以及載流子傳輸平衡至關重要。

有機太陽能電池是一個重要選項

在朱衛(wèi)國看來，目前，大多數(shù)高性能有機太陽能電池是使用毒性較大的鹵化有機溶劑制成，如氯仿、氯苯和1,2-二氯苯等，對人類健康和自然環(huán)境都有不同程度的破壞作用，利用非鹵化溶劑取代鹵化溶劑制備有機太陽能電池是一個重要選項。

同時，為實現(xiàn)有機太陽能電池水平及垂直方向相分離尺度的協(xié)同調(diào)控，提高器件的能量轉換效率，通常是在光活性層引入具有對稱構象的可揮發(fā)性固體。

然而，由于其各向同性分子堆積和弱偶極相互作用，使得垂直方向的給受體組分分布雜亂無章，不利于激子分離和電荷提取，影響光伏性能的進一步提升。

因此，有效解決相應器件的光伏轉換效率低，是推動有機太陽能電池產(chǎn)業(yè)化應用的關鍵。

(資料圖)

“近年來，針對有機太陽能電池形貌極難調(diào)控這一共性重大難題，在國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、常州大學科研啟動基金的支持下，我們組成聯(lián)合攻關團隊，集中力量系統(tǒng)開展有機太陽能電池形貌調(diào)控策略方面的研究，在這一領域加速取得一系列關鍵原創(chuàng)性研究成果?！彼涡勒f。

該科研團隊從不同非鹵素溶劑對給受體的溶解性差異入手，利用溶劑共混策略精細調(diào)控給受體的互溶特性及相應的相分離尺度，解決了基于非鹵素溶劑器件的能量轉換效率低的科學難題，最高效率達到17.5%。這是目前基于非鹵素溶劑加工的有機太陽能電池最高效率之一。

宋欣還介紹，另一個重大原創(chuàng)性成果體現(xiàn)在，科研團隊采取非對稱構型的工藝輔助固體策略，實現(xiàn)“一箭雙雕”：一是精細調(diào)控Y系列受體的聚集態(tài)行為；二是可控形成給受體多級空間相分離尺度。結果顯示，利用PAS策略，PM6:L8-BO的器件光電轉換效率達到18.5%，遠高于無PAS處理的對照器件15.0%，并在活性層厚度達到300納米時，器件效率仍然能保持在17.0%左右。

相關專家認為，今后，通過環(huán)境友好型工作溶劑及工藝輔助固體策略，可以利用低成本溶液制備工藝，無需在惰性氣體保護條件下，實現(xiàn)連續(xù)、大面積、高效率的有機太陽能電池的可控制備，未來有望應用于建筑一體化、可穿戴電子設備、便攜式能源系統(tǒng)和航空航天領域。