西交大马伟&周科团队AM:双槽模器件加工可实现高效非卤化溶剂处理的有机太阳能电池

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前言回顾

有机太阳能电池（OSCs）的光电转换效率（PCE）高达19%，是下一代光伏技术的候选产品。然而，旋涂法制备、有毒的卤化溶剂处理以及过多电荷复合的传统体异质结（BHJ）阻碍了OSCs的商业化和进一步的效率提升。旋涂是一种简单有效的实验室研究方法，但不适合大规模、柔性和连续加工。而刀片涂层与商业制造兼容，但其具有的低效性限制了进一步应用。然而，槽模涂层可以克服上述缺点，与大面积和卷对卷生产具有良好的兼容性。更重要的是，槽模涂层可以精确控制溶液和基板温度，因此在露天环境中有更大的空间实现器件优化，而不依赖添加剂或复杂的后处理，这是简化生产过程的基本要求。

此外，传统的BHJ形态对后续发展有一些限制。为了平衡激子扩散和载流子运输，研究人员设计了复杂的给体-受体互穿网络结构。然而，形成的不纯相畴不可避免地导致载流子运输不良和更多的复合损耗。据报道，具有梯度BHJ形貌的顺序处理器件比BHJ器件具有更高的性能。虽然这些工作显示了顺序加工的巨大潜力，但对薄膜形成机制的深入理解仍然不足。另一个问题是，传统的顺序处理通常通过给体层和受体层的单独旋涂或刀片涂层来实现，这不适用于未来商业生产。

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文献简介

有鉴于此，近日，西安交通大学马伟教授、周科副教授研究团队通过基于聚合物给体PM6和非富勒烯受体L8-BO体系的双槽模涂层方法展示了一种简单且有效的顺序处理策略。据悉，这是首次演示了双槽模顺序（DSDS）沉积技术，从而有效地克服了顺序处理的不连续性和绿色溶剂溶解度的问题。结果显示，采用DSDS策略制备的邻二甲苯溶液处理的器件获得了高达17.07%的有效PCE，是在空气环境中用非卤化溶剂处理的二元OSCs获得的最高PCE值之一。原位紫外-可见吸收（UV-Vis）光谱和原位光致发光（PL）光谱测量结果表明，给体和受体组分最初有一个相互扩散过程，然后在DSDS过程中逐渐聚集。然而，在传统的BHJ工艺中，给体和受体在混合溶液的挥发过程中会立即聚集。

此外，在DSDS工艺中快速完成聚集后，第一涂层中的给体保持特定微晶结构。与传统BHJ方法相比，上部小分子相对独立的扩散行为有助于形成更强的结晶。研究人员随后利用薄膜深度相关吸收光谱研究了传统BHJ和DSDS薄膜中给体和受体成分的垂直相分离。DSDS膜中PM6含量随膜深的增加而逐渐增加，这表明形成了梯度结构。此外，掠入射小角X射线散射技术（GIWAXS）测量结果显示了两种薄膜的结晶度分布。研究人员发现，DSDS膜在整个膜的面内和面外方向都表现出很强的结晶性，而BHJ膜的结晶性并不均匀。此外，由于梯度结构的优化和载流子传输的改善，当活性层厚度在110-450 nm的大范围内变化时，基于DSDS策略的器件可以保持超过14%的PCE，从而对膜厚度变化表现出极好的耐受性。这些结果表明，DSDS策略是制造高效、环保OSCs的一种可行且有前景的方法。

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文献总结

综上，该工作开发了一种新的技术来制备高性能、绿色环保型OSCs，非常适用于该领域后续的商业化发展。相关研究成果最新发表于国际顶级材料期刊《Advanced Materials》上，题为“Nonhalogenated Dual-Slot-Die Processing Enables High-Efficiency Organic Solar Cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，槽模涂层，绿色加工，顺序沉积，绿色溶剂。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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