陈义旺团队 AEM：在刮刀涂布工艺中，通过使用非卤溶剂调控活性层微纳形貌，降低有机太阳电池的光伏损失

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尽管有机太阳电池的最高认证效率已超过18%，但使用的加工溶剂大多含卤素，环境有害的溶剂并不利于未来商业化大规模生产。因此，有必要开发一种使用环境友好型的溶剂，制备大面积有机太阳电池的技术。在高通量印刷技术中，刮刀涂布作为一种与卷对卷工艺相匹配的方法受到了广泛关注。然而，很少有报道探讨，刮刀涂布工艺中，加工溶剂差异引起活性层的微纳米形态与光伏性能之间的明确关系。

为了明确加工溶剂、活性层的微纳米形貌、光伏性能这三者之间的关系。近日，江西师范大学/南昌大学陈义旺教授团队报道了一种将刮刀涂布工艺与非卤溶剂相结合的策略，制备高效的有机太阳电池。研究人员采用非卤化溶剂甲苯作为加工溶剂，基于PM6:BTP-eC9体系制备的薄膜具有高的结晶度，较小的相分离形貌；器件具有优异的光电转化效率16.58%，高于氯仿溶剂制备的器件效率15.08%。此外还探讨了，基于氯仿和甲苯两种加工溶剂、旋涂与刮涂工艺制备器件的性能差异，并定义了PCE_loss = (PCE_spin-coating-PCE_{blade-coating})/PCE_spin-coating)，从而评估相关性能。实验结果表明，基于甲苯制备的器件PCE_loss仅为2.8%；而氯仿制备的器件PCE_loss高达10.6%。说明，基于甲苯的刮涂器件效率与旋涂相当；而氯仿的刮涂器件具有较大的效率损失。最后，通过刮涂工艺与甲苯溶剂相结合的策略，制备的1cm²的大面积器件效率超过14%。实践证明，将刮涂工艺与非卤化溶剂甲苯相结合的奇特策略，是实现有机太阳电池环保规模化生产的一种简单有效的途径。

图1 给体PM6和受体BTP-eC9、氯仿和甲苯溶剂的（a）化学结构式；不同条件下制备的PM6:BTP- eC9共混膜：（b）氯仿旋涂制备的共混膜；（c）甲苯旋涂的共混膜；（d）氯仿刮涂的共混膜；（e）甲苯刮涂的共混膜。

图2 通过刮刀涂布工艺，氯仿溶剂制备共混膜的（a）AFM、（c）TEM; 甲苯制备共混膜的（b）AFM、（d）TEM；（e-g）相应共混膜的GIWAXS图。

本论文发表于Advanced Energy Materials上，题为“Reducing Photovoltaic Property Loss of Organic Solar Cells in Blade-coating by Optimizing Micro-Nanomorphology via Nonhalogenated Solvent”。本文通讯作者为江西师范大学/南昌大学陈义旺教授，第一作者为江西师范大学硕士研究生张家友，共同第一作者/通讯作者为南昌大学博士研究生张立福。

全文链接：

https://doi.org/10.1002/aenm.202200165

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