中科院絕緣樹脂調控有機太陽能電池研究獲系列進展

絕緣聚芳醚樹脂提升器件的性能和光熱穩定性     張帥 韓建華 供圖

近日，中科院青島生物能源與過程研究所研究員包西昌帶領的先進有機功能材料與器件研究組利用絕緣樹脂調控有機太陽能電池研究獲系列進展。

有機太陽能電池(OSCs)具有質輕、柔韌、可溶液加工等優點，在可穿戴柔性電子、光伏建筑一體化、光伏農業等領域具有廣闊應用前景。但OSCs有機光敏層具有的低介電常數和內置電場導致高激子結合能和低驅動力，限制了激子的有效解離，使有機光伏的電流低于同等帶隙的無機體系。

此外，光熱過程會誘導光敏層的嚴重自聚集現象，使給受體產生過度相分離而不能形成良好的互穿網絡結構，進一步抑制激子解離及輸運，導致有機光伏較差的光熱穩定性。因此，如何改善有機太陽能電池的激子解離效率及光熱穩定性已成為高效OSCs 的重要挑戰之一。

據包西昌介紹，研究組首先利用聚芳醚與光伏給受體材料的溶解性差異并結合逐層涂覆方法制備平面異質結OSCs， 該方法不僅提升了光敏層給受體的分子緊密堆積，更改善了電荷復合和電荷提取能力。最終有機太陽能電池18.6%的高光電轉換效率，且絕緣樹脂在光敏層內部形成矩陣網絡結構，降低了材料的自聚集，提高了器件光熱穩定性，相關結果發表在《美國化學會-能源快報》。

基于此發現，聚芳醚材料均勻分布在光敏層內部，研究組發展了有機光伏pin概念，增強有機光敏層的介電常數和內置電場，提高載流子的傳輸與收集效率，研究結果發表在《納米能源》。

以上系列工作揭示了絕緣聚芳醚樹脂材料改善有機太陽能電池光電性能、光熱穩定性及柔韌拉伸性的新機制，為開發高效穩定有機太陽能電池提供了新思路。

上述工作得到了科技部國際合作、國家自然科學基金、山東能源研究院科研項目的支持。

論文相關信息：

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c01586

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107742