找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 651|回复: 0

[材料资讯] 江雷院士、王京霞等在弯液面诱导制备全聚合物有机太阳能电池方面取得新进展

[复制链接]

200

主题

233

帖子

358

积分

中级会员

Rank: 3Rank: 3

积分
358
发表于 2022-1-26 09:02:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
有机光伏器件由于其良好的溶液加工性,可制备柔性器件,透明度和颜色可调等独特优势受到领域内研究人员的广泛关注。其中,基于全聚合物的太阳能电池(all-polymer solar cells) 由于其自身良好的力学性能和优异的器件稳定性,被认为是更有可能实现未来应用的光伏器件。然而,目前报道的高效率全聚合物太阳能电池 (PCE>15%)均基于旋涂方法,由于旋涂法(spin coating)自身浪费材料,难以大面积制备,成膜时间较短等原因,亟待开展基于可适用于未来规模化生产的溶液印刷方法的高效率全聚合物的太阳能电池, 其相关成膜机理也需要深入研究。  
   近日中国科学院理化技术研究所江雷院士、王京霞研究员团队与北京航空航天大学化学学院霍利军教授团队合作开发了一种基于弯液面诱导成膜(Meniscus Assisted Coating)的光伏活性层制备技术,并选取了具有良好吸收光谱互补和电子能级匹配的聚合物给体PM6和聚合物受体PY-IT作为光活性层材料,所制备备的全聚合物太阳能电池效率为15.53%,高于传统旋涂法制备的14.58%。相关活性层形貌表征及瞬态吸收光谱动力学分析表明,基于弯液面诱导成膜法制备的活性层具有更有序的分子堆积和更为良好的纤维互穿网络结构,因此具有更高效的电荷转移和输运过程。  


   

弯液面诱导

弯液面诱导
      
图1.基于弯液面诱导成膜法的制备过程,活性层材料分子结构及性质,单组分薄膜结晶性表征          

弯液面诱导

弯液面诱导
图2.基于弯液面诱导成膜法和旋涂法制备的全聚合物太阳能电池的器件性能及瞬态吸收光谱表征          

弯液面诱导

弯液面诱导
图3.基于弯液面诱导成膜法和旋涂法制备的活性层薄膜形貌和结晶性表征  

弯液面诱导

弯液面诱导
图4.基于弯液面诱导成膜法的成膜机理及成膜过程中不同剪切速率下的三相接触线形态和移动  

弯液面诱导

弯液面诱导
图5.基于弯液面诱导成膜法成膜过程中不同剪切速率下的原位吸收光谱及对应的结晶过程示意图  
  研究团队结合成膜过程中的三相接触线的移动和原位吸收光谱研究了不同溶液剪切速度条件下的三相接触线形态和材料结晶动力学。结果表明,在剪切速率为2 mm/s时,三相接触线保持了平直均匀的移动;且在该剪切速率下,活性层材料保持了较为合适的结晶速率和结晶性,从而获得形貌上更均匀、具有更合适相分离尺寸和结晶性的活性层薄膜。  
  在此成膜机理的基础上,研究团队将该弯液面诱导成膜法有效拓展至1×1cm器件制备(PCE>12%)和多种活性层薄膜制备,在PM6:Y6、PBDB-T:PY-IT、PM6:PYF-T-o体系均取得了15%以上的器件效率。  
  本工作的开展不仅提供了一种简单有效的制备全聚合物太阳能电池的溶液印刷方法,并对剪切速率的不同对成膜形貌的影响提供了重要的理论指导。  
  相关研究结果以 “The Meniscus-assisted-coating with Optimized Active Layer Morphology towards Highly Efficient All-polymer Solar Cells”发表在Advanced Materials上(https://doi.org/10.1002/adma.202108508)。该文章通讯作者为中国科学院理化技术研究所王京霞研究员和北京航空航天大学霍利军教授。第一作者为中国科学院理化技术研究所博士研究生岳钰琛。中国科学院理化技术研究所江雷院士为本研究提供了专业的指导和帮助。特别感谢北京大学占肖卫教授的在课题开展过程中给与的指导和帮助。  
  本研究得到国家自然基金项目(51873221,52073292,51673207,51373183),国家重大研究计划项目(2017YFA0204504)与中国科学院荷兰研究项目(1A111KYSB20190072),北京市科技计划项目的支持。  
        文章链接:  https://doi.org/10.1002/adma.202108508  


         文章来源:理化所
      江雷,中科院院士,中国科学院理化研究所研究员。自1999年回国以来,一直从事具有特殊浸润性的仿生多尺度界面材料的研究工作。撰写专著2部,发表SCI论文400余篇,其中IF > 6的186篇,被SCI引用18500余次,H因子为66,论文13次作为 Highlight 在 Science、Nature 及其系列杂志报道,30余次被选作杂志的封面。重要论文包括:Nature(2篇),Nat. Mater. (1篇),Nat. Nanotechnol.(1篇),Nat. Comm. (1篇),Chem. Soc. Rev. (4篇),Acc. Chem. Res.(3篇),Angew. Chem.(22篇),Adv. Mater.(54篇), J. Am. Chem. Soc.(19篇),Adv. Func. Mater.(19篇),已授权专利50余项。
       王京霞,女,1971年6月生,工学博士。现为中科院理化技术研究所研究员。1990-1997 年在青岛科技大学高分子材料系攻读学士和硕士学位,1997-2000年在青岛帝科精细化学有限公司做科研工作;2000.9-2004.1 在清华大学高分子研究所攻读博士学位。2004年1月毕业于清华大学化工系高分子所,获材料学专业博士学位, 师从刘德山教授。博士论文题目:丙烯酸系自着色乳液的合成、共聚合反应和光色牢度研究。2004年2月-2006年7月在中国科学院化学研究所有机固体实验室功能界面组作博士后,合作导师为江雷研究员、宋延林研究员,期间发展了一种制备大面积聚合物光子晶体膜的简单快速的方法,实现了高强度、浸润性可调控光子晶体膜的制备。2006年7月,博士后出站并留在中科院化学所新材料实验室宋延林研究员课题组工作,2006年12月聘为副研究员。
        霍利军,北航化学学院,教授、博士生导师。主要从事有机半导体分子设计、光电高分子设计合成、高性能有机太阳能电池与钙钛矿电池材料制备与表征研究。在有机共轭稠环分子结构中提出了系列创新性设计思想,并在光伏器件中得到有效和广泛的应用。获中国自然科学二等奖和北京市自然科学技术二等奖,曾入选全国百篇优秀博士论文提名、中科院青年创新促进会,获中科院卢嘉锡青年人才奖、北京航空航天大学首批青年拔尖人才奖等,2018-2019年连续两年入选科睿唯安“高被引科学家”(cross-field category)。在JACS, Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater., Chem. Mater., Macromolecules等国际刊物发表相关研究论文近百篇,被引用一万余次, H 因子50。以第一发明人获得授权中国专利6项。


  声明:本网部分文章和图片来源于网络,发布的文章仅用于材料专业知识和市场资讯的交流与分享,不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑义,请第一时间联系我们,我们将及时进行处理。

本帖被以下淘专辑推荐:

回复

使用道具 举报

小黑屋|手机版|Archiver|版权声明|一起进步网 ( 京ICP备14007691号-1

GMT+8, 2024-3-28 21:37 , Processed in 0.092214 second(s), 42 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表