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研究人員開(kāi)發(fā)出一種溶液化處理的基于非富勒烯受體（NFAs）的有機(jī)光伏（OPV）器件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高效、低成本和顯著的操作穩(wěn)定性，該有機(jī)光伏電池最長(zhǎng)戶外使用壽命可達(dá)30年。Nat. Commun.:固有使用壽命超過(guò)30年的非富勒烯受體有機(jī)光伏電池。

1.前言

目前，有機(jī)光伏（OPV）電池已經(jīng)取得了飛速的發(fā)展。然而，相關(guān)活性層材料在體異質(zhì)結(jié)（BHJ）中很容易降解和形態(tài)不穩(wěn)定。與基于C70受體的高穩(wěn)定性器件相比，最有效的非富勒烯受體（NFAs）含有多個(gè)噻吩單元，它們具有相對(duì)較弱的化學(xué)鍵，在高紫外光和紅外光強(qiáng)度下會(huì)有一定程度的離解，從而對(duì)最終的器件性能也有很大的影響。

除了BHJ中材料和形態(tài)的變化外，有機(jī)/電極界面的性質(zhì)也會(huì)隨著時(shí)間的推移影響電池的性能。雖然目前已經(jīng)提出了各種修改材料界面用以抑制降解的策略，但在模擬空氣質(zhì)量（AM）1.5G的照射下，長(zhǎng)期穩(wěn)定的OPV電池尚未實(shí)現(xiàn)，其中不穩(wěn)定性原因也還尚不明朗。因此，如何研究材料、薄膜形態(tài)、器件結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性，以及延長(zhǎng)OPV的壽命仍然具有重要意義。


2.簡(jiǎn)介

近日，美國(guó)密歇根大學(xué)Stephen R. Forrest教授研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種溶液化處理的基于NFAs的OPV器件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高效、低成本和顯著的操作穩(wěn)定性。事實(shí)上，該類(lèi)OPV電池的不穩(wěn)定性源于BHJ和無(wú)機(jī)電荷傳輸層之間界面性質(zhì)隨時(shí)間變化。于是，研究人員通過(guò)在BHJ的每一側(cè)插入超薄保護(hù)緩沖層IC-SAM和C70，顯著抑制了上述變化，并且將簡(jiǎn)單的ZnO UV濾光層集成到玻璃基板的遠(yuǎn)側(cè)表面可以進(jìn)一步增強(qiáng)這一效果。
研究結(jié)果顯示，基于PCE-10:BT-CIC的OPV器件可以在模擬1個(gè)太陽(yáng)強(qiáng)度、AM 1.5G照射、55℃下，1900小時(shí)后效率仍能達(dá)到初始值的94%。此外，該器件暴露在高達(dá)27個(gè)太陽(yáng)的光照強(qiáng)度和65°C的情況下會(huì)加速老化，并且降解速率隨強(qiáng)度呈線性增加，但沒(méi)有系統(tǒng)性的溫度依賴性，相應(yīng)PCE比初始值減少20%，推算出T80大于56000小時(shí)，這相當(dāng)于30年的戶外運(yùn)行壽命。


3.總結(jié)

綜上，該工作為提高OPV器件穩(wěn)定性和使用壽命開(kāi)發(fā)出一種新的方法，有利于促進(jìn)OPV電池的市場(chǎng)應(yīng)用。相關(guān)研究成果現(xiàn)已發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature Communications》上，題為“Non-fullerene acceptor organic photovoltaics with intrinsic operational lifetimes over 30 years”。

原標(biāo)題：Nat. Commun.:固有使用壽命超過(guò)30年的非富勒烯受體有機(jī)光伏電池