浙江大学陈红征教授课题组AM：高效全聚合物有机光伏器件与最高效率模组

有机太阳能电池因质量轻、半透明、可溶液加工等优势受到研究者的青睐。近来，随着材料发展与工艺提升，实验室小面积器件的光电转化效率已达19%以上。但是，当面积放大后，亦即制备大面积模组时，会存在较大的效率损失，该问题十分重要但尚未解决。

与目前主流的“聚合物给体+小分子受体”体系相比，全聚合物太阳能电池在光、热、机械稳定性方面更具优势，也更适用于大面积制备。但是，目前全聚合物体系的光电转化效率相对落后，且极少有关于全聚合物体系大面积模组方面的研究。

针对以上问题，浙江大学陈红征教授课题组使用多组分共混策略，选取聚合物给体材料PM6、PBQx-TCl与聚合物受体材料PY-IT，制备了三元全聚合物太阳能电池与大面积模组，器件效率分别突破19.00%和16.26%。

图1 该工作中的分子性质与器件结构

表征结果显示，三元器件中的非辐射复合被抑制，实现了电压的提升；又得益于载流子动力学与形貌的优化，光电流和填充因子也得到了同步提升；最终三元全聚合物器件的最高效率达到19.00%，是目前的最高值之一，已接近基于小分子受体体系的效率。

图2 该工作中的器件光伏性能及有关表征

此外，针对大面积模组成膜过程的表征结果显示，全聚合物体系从溶液态到薄膜态固化所需的时间长于小分子受体体系。因此，全聚合物体系在大面积模组制备时有更长的加工时间窗口，从而获得更加均匀的形貌；最终在面积为19.3 cm2的模组上实现了16.26%的效率，是目前的最高值。

图3 该工作中的大面积模组光伏性能及有关表征

该工作表明，多元共混是提高有机光伏器件的有效策略，并揭示了全聚合物体系在成膜时具有延迟结晶的性质，是解决大面积制备问题的可行选择，有助于推动未来的有机光伏产业化。

该论文以题“Delayed Crystallization Kinetics Allowing High-Efficiency All-Polymer Photovoltaics with Superior Upscaled Manufacturing”发表在期刊《Advanced Materials》上。浙江大学博士生陈天一为本文第一作者，浙江大学博士生郑祥均为本文共同第一作者，浙江大学陈红征教授、左立见研究员与浙江大学杭州国际科创中心李水兴研究员为本文通讯作者。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202308061

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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