研究人员揭示了溶剂混合物如何影响有机太阳能电池结构

根据来自北卡罗来纳州立大学的物理学家的研究人员，控制在基于聚合物和供体层之间的“混合”或太阳能电池之间的效率可以提高其效率。他们的发现在这些太阳能电池的内部工作中阐明了光线，并且可以进一步提高效率。

聚合物太阳能电池由两个区域组成，即受体层和给体层。激子，太阳能电池产生的能量粒子，必须能够快速移动到施主域和受主域的界面，以便作为能源加以利用。研究人员认为，保持供体和受体层尽可能纯净是确保激子畅通无阻的最好方法，这样太阳能电池就能捕获最大的能量。

NC国家物理学家Harald Ade及其小组与来自英国，澳大利亚和中国的科学家团队合作，检查了物理结构，改善了基于聚合物的太阳能电池的生产。在本月在线出现的两个单独文件中发表的调查结果先进能源材料和先进材料，研究人员表明两个域的一些混合可能不是一件坏事。实际上，如果混合畴的形态或结构小，则太阳能电池仍然可以非常有效。

艾德说:“我们之前发现，这些太阳能电池的域并不纯。所以我们研究了添加剂是如何影响这些细胞的产生的。当你制造电池时，溶剂和添加剂的相对蒸发速率决定了活性层的形成以及施主和受主的混合方式。理想情况下，你希望溶剂蒸发的速度足够慢，这样材料就有时间分离，否则层会粘在一起，降低电池的效率。我们使用了一种添加剂来减缓蒸发。这控制了活跃层的混合和区域大小，混合的部分很小。”

这些混合层的效率优异，导致猜测可能的施主和受体的一些混合不是问题，只要域域很小。

“我们正在寻找完美的混合，无论是在溶剂和添加剂方面，我们可能用于生产聚合物太阳能电池，以及在物理领域的混合和如何影响效率，”Ade说。

这项研究是由美国能源部资助的。艾德是通讯作者先进能源材料论文，帖子Docs Brian Collins，John Tumbleston和研究生艾略特·伦敦有助于工作。剑桥大学哲里博士和澳大利亚蒙纳士大学的克里斯托弗麦克尼尔也有所贡献。Ade是一个有贡献的作者先进材料纸张由Ade Post Doc Wei Ma和北京中国科学院建和侯教授共同撰写。

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编辑的注释:抽象。

“从二进制到三元溶剂：PDPP3T的高分子太阳能电池中D / A混合物的形态微调”

发布：先进材料

作者：L. Ye，S. Zhang，B. Fan，X. Guo，Y.Huang，J. Hou教授，高分子物理学和化学国家重点实验室，中国科学院化学研究所的北京国家分子科学研究所;W.Ma，H. Ade，北卡罗来纳州立大学

摘要：在过去的十年中，批量异性交界处取得了巨大成功（BHJ)聚合物太阳能电池(PSCS)其中供体/受体(D / A.）可以在最近的一些报告中形成双连续的互穿网络，功率转换效率（PCE.)甚至接近8%。除了活性层材料的固有性质，如能带隙和分子能量水平，D / A混合物的形态学性质，包括聚合物的结晶度，畴尺寸，材料混溶性，等级结构和分子取向也非常重要，对器件的光伏性能也很重要。因此，已经施加了几种策略，包括缓慢的生长，溶剂退火，热退火，选择溶剂或混合溶剂，用于修饰或控制D / A共混物的形态。其中，二元溶剂混合物已成功用于形态控制。例如，二氯苯（DCB.)或氯苯(CB./ 1,8-二碘胶囊（DIO.）二元溶剂系统已广泛应用于PSC器件制造过程中。通过将百分之几种与宿主溶剂（DCB或Cb）混合的DIO，可以显着提高多种聚合物的效率。除了DIO，其他溶剂，如1,8-辛烷二醇（不），N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP)1-chloronaphthalene (CN.），氯仿（CF.），也可以使用。根据这些作品，可以得出结论，结晶度以及共混物中的结构域尺寸可以通过使用二元溶剂混合物有效地调节，因此二元溶剂混合物在高性能PSC中起着非常重要的作用。

“畴组成和纳米尺度尺寸分布的绝对测量解释了PTB7:PC71BM太阳能电池的性能。”

发表：先进能源材料

作者：Brian A. Collins, John R. Tumbleston, Eliot Gann, Harald Ade，北卡罗来纳州立大学;李哲，剑桥大学，英国剑桥;Christopher R. McNeill，莫纳什大学，澳大利亚

A.bstract:形态对有机太阳能电池性能的至关重要是众所周知的，但迄今为止，缺乏定量的、纳米级的和统计的形态信息阻碍了与器件功能的直接联系。本文采用共振x射线散射和显微镜相结合的方法，定量测量了基于PTB7和PC71BM的高效太阳能电池中纳米尺度的畴尺寸、分布和组成。结果表明，溶剂添加剂二碘辛烷显著地缩小了纯富勒烯团簇的结构域大小，而相对于无添加剂的器件，其结构域组成保持不变。物种之间的基本混溶性-测量到等于设备的基质组成-很可能是整体形态背后的主导因素，添加剂会影响过量富勒烯的分散。由于两种工艺路线之间的x射线衍射测量的分子顺序没有变化，畴尺寸分布的变化和畴界面的增加是器件性能显著提高的主要原因。虽然富勒烯激子收获明显是由于更小的畴增加的一个重要原因，但从聚合物物种收获的增加表明，分子混合不是该系统的高效率的原因。相反，聚合物中的激发可能需要接近纯富勒烯相，以实现有效的电荷分离和传输。此外，与之前在基于ptb7的系统上的测量相比，没有观察到分层形态，这表明它不是高性能所必需的。