中科院化学所侯剑辉研究员团队：易于实现大面积制备的高效率有机光伏电池

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来源：中国科学杂志社

过去几年间，加工成本低、质轻、性柔的有机光伏（OPV）电池快速发展，能量转换效率（PCE）已经超过了16%，展示出广阔的应用前景。

但是，这些结果通常是在采用旋涂方式制备的小面积OPV电池（小于0.1 cm²）中实现的。当使用溶液涂布法制备大面积电池时，由于溶剂挥发过程的显著改变，OPV材料将形成更大的聚集体，导致光伏活性层中发生较严重的相分离。因此，领域内亟待发展适用于大面积溶液涂布法制备的高效率OPV电池。

最近，中国科学院化学研究所侯剑辉研究员团队通过受体材料结构优化，将OPV电池的PCE提升到17%，且该电池具有优异的大面积制备特性。

该团队通过适当的分子优化方法，设计并合成了非富勒烯受体BTP-4Cl-X（X = 8, 12或16）。实验显示，BTP-4Cl-12具有平衡的溶解性和聚集特性。

BTP-4Cl-X的分子结构

更进一步，该团队将BTP-4Cl系列受体材料与前期工作中发展的聚合物给体材料PBDB-TF共混，并分别利用旋涂法和刮刀涂布法制备OPV电池。

旋涂法（a）和刮刀涂布法（b）的成膜过程

结果，通过旋涂法制备的小面积（0.09 cm²）电池实现了高达17%的能量转换效率；使用刮刀涂布法制备的1 cm²电池仍然能够实现15.5%的PCE。这些结果均是目前OPV电池领域的突出结果。

器件在不同加工条件下的能量转换效率（PCE）

该团队还与西安交通大学马伟教授团队合作，对薄膜的形貌进行了研究。结果表明，使用刮刀涂布法制备的BTP-4Cl-12电池，具有良好的相分离形貌，有利于载流子传输和抑制电荷复合。

不同加工条件下电池薄膜的AFM相图

这项工作对开发可大面积制备的高效OPV电池具有重要意义，以“17% efficiency organic photovoltaic cell with superior processability”为题发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。中国科学院化学研究所姚惠峰博士为论文通讯作者，崔勇博士为第一作者。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/nsr/nwz200

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