宁波材料所葛子义团队：形貌调控实现高效率和高光利用率半透明有机太阳能电池

中科院宁波材料所葛子义团队利用溶剂退火策略精细调控PM6:Y6活性层形貌，实现具有18.01%效率的有机太阳能电池和2.53%光利用率的半透明有机太阳能电池，该值是迄今为止报道的PM6:Y6二元有机太阳能电池的最高效率之一。

近年来，由于具有重量轻、柔性、制备工艺简单、半透明、大面积制造等优点，有机太阳能电池（Organic Solar Cells，OSCs）受到了广泛的关注。得益于光伏材料设计、形貌优化和器件工艺的发展，OSCs的能量转换效率（PCE）已超过19%。活性层的形貌是连接材料特性和器件性能的桥梁。热退火（TA）、溶剂退火（SVA）和添加剂等方式能够有效调控活性层共混薄膜的微观结构。有利于在共混薄膜中实现合适的纳米尺度互穿网络结构，进而获得优异的器件性能。

近日，葛子义研究员等将溶剂退火的策略引入到PM6:Y6体系中(图1a)。通过采用不同薄膜后处理工艺，并将其与相应的器件性能对比，发现相较于热退火处理，溶剂退火可以有效改善活性层中聚合物给体和小分子受体的聚集形貌与分布。同时，溶剂退火能够有效调控本体异质结内部的结晶性与垂直相分离，进而提高电荷传输性能，最终获得18.01% PCE的M6:Y6二元OSC（图1b）。

同时，由于溶剂退火拓宽了活性层在近红外区域的吸收范围，并且增强了光子收集能力（图1c），作者采用Cu（1 nm）/Ag（15 nm）为透明电极，制备了半透明OSC，实现了相对较高的光利用率（2.53%）（图1d）。该研究表明，简单且有效的SVA工艺可优化活性层薄膜形貌，提高光伏性能。

图1  (a) 分子结构(b) J-V曲线 (c) 薄膜吸收光谱 (d) J-V曲线

详见：18.01% Efficiency Organic Solar Cell and 2.53% Light Utilization Efficiency Semitransparent Organic Solar Cell Enabled by Optimizing PM6:Y6 Active Layer Morphology. Sci. China Chem., 2022, 65, https://doi.org/10.1007/s11426-022-1270-5

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