10 cm2 的OSC效率近12%！太阳能电池的商业化进程又迈出一大步

有机太阳能电池 (OSC) 使用有机聚合物将阳光转化为电能，因其作为下一代能源的理想特性而受到广泛关注。这些特性包括轻量级、灵活性、可扩展性和高功率转换效率 (>19%)。

目前，存在几种提高 OSC 性能和稳定性的策略。然而，仍然存在的一个问题是当放大到大面积时难以控制 OSC 中的有源层的形态。这使得获得高质量的有源层薄膜变得具有挑战性，进而影响效率。

在最近的一项研究中，韩国光州科技学院的一组研究人员着手解决这个问题。发表在Advanced Functional Materials上的工作中，他们提出了一种乍一看似乎违反直觉的解决方案：使用水处理来控制活性层形态。

有机太阳能电池 (OSC) 表现出许多理想的特性，包括高转换效率和易于扩展。然而，在放大过程中控制有源层薄膜的形态已被证明具有挑战性。在一项新研究中，GIST 研究人员使用去离子水作为形态控制方法解决了这个问题，从而实现了具有大活性区域的高效 OSC 模块。图片来源：光州科技大学的 Dong-Yu Kim

“众所周知，水会阻碍有机电子器件的性能，因为它仍处于有机材料的‘陷阱状态’ ，阻碍电荷流动并降低器件性能。然而，我们认为使用水而不是有机溶剂-基于活性溶液作为治疗方法的媒介，可以在不引起化学反应的情况下实现必要的物理变化，”负责该研究的金东宇教授解释说。

研究人员选择聚合物 PTB7-Th 和 PM6 作为供体材料，选择 PC 61 BM 和 EH-IDTBR 和 Y6 作为活性层的受体材料。他们注意到，在活性溶液中引入涡流来混合供体和受体材料可能会导致混合良好的活性溶液，但仅靠它本身是不够的。

活性溶液是疏水的，因此，研究人员决定使用去离子 (DI) 水和涡流来搅拌溶液。他们让供体和受体材料在氯苯（主体活性溶液）中放置过夜，然后在溶液中加入去离子水并搅拌，产生微小的漩涡。

由于溶液的疏水性，水会推动供体和受体分子，使它们更精细地溶解到溶液中。然后他们让溶液静置，这导致水与溶液分离。然后除去这些水，用水处理过的活性溶液用于制备 PTB7-Th：PC 61 BM（F，富勒烯）、PTB7-Th：EH-IDTBR（NF，富勒烯）和 PM6：Y6 薄膜（ H-NF，高效非富勒烯）。

然后，研究人员检查了这些薄膜在槽模涂层倒置 OSC 配置中的光伏性能，并将它们与未经水处理的 OSC 进行了比较。

“我们观察到，经过水处理的活性溶液产生了更均匀的活性层薄膜，与未经水处理的相比，它显示出更高的功率转换效率。此外，我们制造了活性面积为 10 cm2 的大面积 OSC 模块如图所示，水处理的 H-NF 薄膜的转化效率高达 11.92%，”Kim 教授说。