南昌大学陈义旺教授课题组在有机太阳能电池热稳定性研究方面取得进展
有机太阳能电池因其质轻、价廉、可溶液加工及柔性等优点而备受关注。有机太阳能电池的光电转化效率 (PCE) 在单层器件中已经突破13%，但是稳定性不佳仍然是限制有机太阳能电池实际应用的重大问题之一。
影响稳定性的因素主要包括光、热、氧气及水蒸气。通常可以认为，主要是由于受到氧气和水蒸气的影响，导致活性层与空气发生一些反应。然而氧气和水蒸气对器件的稳定性影响可以通过封装进行缓解，而光和热是不可避免的。光照一定时间产生的热导致活性层形貌不稳定，进而影响器件的效率。近日，南昌大学化学学院陈义旺教授课题组发现，在高效的PTB7-Th体系中，通过在PTB7-Th:PC71BM体系中加入低沸点添加剂1,4-丁二硫醇 (BT, 196℃)，在高温130℃加热半小时，仍能保持74%的效率。而在我们常用的高沸点添加剂1,8-二碘辛烷 (DIO,332℃) 体系中，相同条件下只能保持50%的效率。
图(a) 为PTB7-Th, PC71BM, BT和DIO的化学结构；图(b), (c) 及 (d) 分别为PTB7-Th: PC71BM体系在DIO和BT中热退火前后的J-V 曲线，外量子效率及紫外光谱。
作者在体系中用这种低沸点添加剂BT，发现体系热稳定性提高的原因在于，BT的加入能够提高聚合物给体的玻璃化转变温度 (Tg)。通过动态热机械分析(DMA)，PTB7-Th的Tg为138℃，在DIO和BT体系中，Tg分别为128.3℃和146.7℃。通过分析，由于添加剂DIO的沸点太高，很容易残留在活性层中，这样DIO就相当于增塑剂，进而降低体系的玻璃化转变温度使得体系热稳定性变差。而在低沸点添加剂BT的作用下，它很容易挥发，在旋涂过程中会随主溶剂(氯苯) 之后挥发出去。
图(a), (b), (c), (d), (e), (f) 分别为纯PTB7-Th及在添加剂DIO及BT作用下的DMA曲线，tan δ所对应温度代表的是各物质的玻璃化转变温度 (Tg)。
此图为添加剂DIO和BT在PTB7-Th:PC71BM体系的作用示意图
该工作采用的添加剂BT，通过提高体系玻璃化转变温度进而实现了高效稳定的器件，研究成果为今后有机太阳能电池在热稳定性研究进一步发展提供指导意义。相关工作发表在Macromolecular Rapid Communications 上，文章的第一作者是南昌大学化学学院的硕士研究生尹静萍和南昌大学材料科学与工程学院周魏华老师(共同第一作者)。Jingping Yin, Weihua Zhou, Lin Zhang, Yuanpeng Xie, Zoukangning Yu, Jun Shao, Wei Ma*, Jianrong Zeng*, Yiwang Chen*, Improved Glass Transition Temperature towards Thermal Stability via Thiols Solvent Additive versus DIO in Polymer Solar Cells, Macromol. Rapid Commun. 2017. 10.1002/marc.201700428
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