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中国科学院宁波材料研究所葛子义团队在有机太阳电池领域取得重要进展

日期:2016-03-29 来源:国家自然科学基金委员会

在国家自然科学基金(资助号:51273209和51411140244)等项目的资助下,中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员领导的研究团 队在有机太阳电池领域取得重要研究进展,研究结果以“Efficient polymer solar cells employing a non-conjugated small-molecule electrolyte”(利用非共轭小分子电解质制备高效率聚合物太阳电池)为题发表在Nature Photonics(Nature Photonics,2015,9,520–524)。

随着能源和环境问题的日益凸显,太阳能电池越来越受到各国政府的高度重视。其中,有机太阳电池因其质轻、价廉、易于大面积制备成柔性电池等优 点,在便携式电子设备、光伏建筑一体化和军事等领域具有巨大的应用前景,成为太阳电池研究领域的重要发展方向,欧美日等发达国家均已投入大量的人力和财 力,开展了一系列国际领先的应用基础研究。

对于有机太阳电池而言,界面修饰层对器件性能起着极为重要的作用,它不仅可以优化活性层吸收和调节其光场分布,而且还能够调节电极的电荷收集势 垒,实现光生载流子的有效传输,是提高有机太阳电池效率和稳定性的关键核心技术。目前广泛使用的传统金属或化合物界面材料如Ca、Mg和LiF等,空气稳 定性差,且需通过蒸镀、溅射方法成膜、能耗高,不利于有机太阳电池的低成本大面积制备。为突破这一缺陷,目前国际上开发了一些可湿法成膜的有机共轭聚合物 如聚芴类界面材料,虽然能够有效提高器件效率,但是这类材料合成复杂、价格昂贵,难以在有机太阳电池领域大规模应用。如何实现高效、低成本的有机太阳电池 界面调控一直是科研界关注的重点。

考虑到有机太阳电池的商业化应用对低成本大面积化的迫切需求,研究团队在前期大量研究工作的基础上,创新性的开发了一种制备工艺简单、价格低 廉、可用醇类溶剂湿法加工的有机非共轭小分子作为有机太阳电池的阴极界面,并对有机太阳电池器件界面和结构进行优化,把单结正型聚合物太阳电池的光电转换 效率提高至10.02%,突破了单结有机太阳电池10%的效率瓶颈,同目前广泛使用的金属界面相比,电池的光电转换效率提高了近25%,也明显优于有机共 轭类界面材料。相关结果经过国家光伏质检中心的认证,是公开认证最高效率的单结有机太阳电池之一,得到了Nature Photonics审稿人的高度评价,认为该研究成果“对于聚合物太阳电池有非常重要的贡献”,这项成果有望促进有机太阳电池的低成本、大面积化制备,加快推进有机太阳电池的商业化进程。

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