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全聚合物叠层

时间:2018-11-22 10:43      发布人:廖燕菲      阅读:52

在有机太阳电池领域,器件的能量转换效率和稳定性一直以来都是研究的重点。近期,黄飞教授课题组选用具有优异稳定性的全聚合物太阳电池体系,研究了器件中关键界面对器件稳定性的影响行为。研究中分别选用了非共轭阴极界面材料PEI和共轭阴极界面材料PNDIT-F3N作为对照组。结果发现,通过热蒸镀方式制备的金属电极会在器件的使用过程中逐渐向活性层内部迁移,增加器件的空穴陷阱浓度,从而导致器件的效率逐渐下降。当选用PEI作为界面层时,器件的稳定性有所增加,表明金属扩散可在一定程度上被限制;当选用PNDIT-F3N作为界面层时,器件的稳定性得到大幅提升。这主要是由于PNDIT-F3N较PEI有着更高的玻璃化转变温度,因此分子链在室温环境下的运动受限,能较大程度阻止金属原子的扩散。当将界面层厚度分别从10纳米增加到20纳米后,由于PEI的绝缘性质,器件不工作;而PNDIT-F3N体系器件效率基本保持不变,且器件稳定性获得进一步提升。受此结果的启发,当采用叠层结构器件时,金属扩散的影响进一步被削弱,从而实现了器件效率11.2%的叠层全聚合物有机太阳电池,且器件表现出很好的稳定性:在80°C下连续加热1000小时,器件仍能保持其初始效率的93%。这些结果表明,导致有机太阳电池稳定性降低的一个重要因素在于金属电极会在器件工作过程中逐渐渗透进入活性层形成空穴陷阱。通过选用具有高玻璃化转变温度、厚膜特性的界面层和叠层结构可有效限制金属的扩散,从而同时提高器件的效率和稳定性。该结果为设计合成新型高稳定性界面层指明了方向。该成果发表在«先进材料»上(Adv. Mater. 2018, 30, 1803166)

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