闵杰课题组有机太阳能电池热稳定性研究取得新进展 - Faculty版

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Faculty版 - 闵杰课题组有机太阳能电池热稳定性研究取得新进展

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近日，国际期刊Nature Communications (《自然•通讯》) 在线发表高等研究院
闵杰课题组在有机太阳能电池稳定性研究方面取得的最新研究成果，论文题为“
Simultaneous enhanced efficiency and thermal stability in organic solar
cells from a polymer acceptor additive” 。该工作展示了一种能同时提高有机太
阳能电池效率和热稳定性的简单普适方法。
闵杰课题组硕士研究生杨文彦、杨楚罗课题组罗正辉为共同第一作者，闵杰为独立通讯
作者，武汉大学为第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金和武汉大学自主科研
项目等的资助。
据悉，有机太阳能电池（OSCs）因为质量轻、柔性强、色彩丰富等优点而备受关注。特
别是，非富勒烯受体材料广泛应用于有机光伏领域，并使OSCs的能量转换效率（PCE）
提高到17%以上。基本上满足商业化的需求。但是，器件稳定性研究则相对较少，远未
达到商业应用的要求。
通常，电池组件室外实际运行温度高达50至70摄氏度；甚至在一些地区，运行温度高达
100摄氏度。可见，热是OSCs衰减的重要应激因素，应妥善解决热稳定性问题。通过引
入调控分子结构，提高材料玻璃化转变温度，加入交联剂或增容剂，引入热裂解基团等
策略，多个明星光伏体系的热稳定性能得到明显改善。然而，这些方法具有合成复杂、
重复性差、普适性低等缺点，限制了其广泛应用。
在本研究中，作者借鉴第三组分材料能够有效降低界面自由能，抑制给受体相分离等优
点，通过分子间作用力固化给受体界面区域的策略，选择高分子量、长烷基链且平面共
轭的聚合物受体材料PZ1来增加PM6:BTTT-2Cl光伏体系给受体界面的相容性。结果表明
，通过控制PZ1的含量，可以优化相分离结构，增加给受体材料的结晶度，促进载流子
传输，使PM6:BTTT-2Cl光伏体系PCE从13.80%提高到15.10%。更重要的是，PZ1作为固体
添加剂能明显抑制受体分子聚集，固化共混物的微观结构，提升热稳定性能。未掺杂的
活性层在150℃加热24小时后，PCE降低到初始效率的一半。相反，PZ1掺杂的活性层在
150℃加热800小时后效率损失仅12%。进一步，PZ1掺杂的PM6:BTTT-2Cl光伏体系在极端
热循环条件下同样展示出良好的热稳定性，说明其适用于外层空间。此外，其他四个光
伏体系的研究表明，PZ1是同时提高活性层效率和热稳定性“万能钥匙”。
总之，作者通过聚合物受体PZ1作为双功能添加剂，开发了一种简单、普适的掺杂策略
来提升光伏体系的热稳定性能。而且，所设计的高性能掺杂光伏体系具有在户外和空间
应用的潜力。进一步研究需要针对不同类型光伏体系设计特定的双功能添加剂，这将对
光伏器件效率和热稳定性的优化和研究具有重要的意义。
PM6:BTTT-2Cl光伏体系和PZ1添加剂以及所优化的器件效率和热稳定性能
来源：武汉大学新闻网
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