圖2 從一元溶劑到三元溶劑的給受體形貌的演化示意圖
近年來(lái)，形貌的優(yōu)化成為進(jìn)一步提高聚合物太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵問(wèn)題，盡管二元混合溶劑（一般是主溶劑和添加劑組成）對(duì)給受體的結(jié)晶行為和相區(qū)大小的調(diào)節(jié)已取得良好的效果，但它對(duì)更精細(xì)的形貌參數(shù)，如相區(qū)純度、相區(qū)界面的調(diào)節(jié)還無(wú)能為力。
在中國(guó)科學(xué)院、科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委的大力支持下，化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室最近在聚合物太陽(yáng)能電池活性層微觀形貌調(diào)控方法與機(jī)理方面取得重要進(jìn)展。
研究人員首次引入三元混合溶劑，對(duì)基于PDPP3T和PC71BM的聚合物太陽(yáng)能電池 (結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1) 表面形貌、本體相區(qū)、結(jié)晶行為進(jìn)行系統(tǒng)的研究，并與美國(guó)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)（North Carolina State University）物理系的研究人員合作，運(yùn)用共振軟X射線(xiàn)衍射、二維掠入射廣角X射線(xiàn)衍射等一系列手段分析了從單一溶劑到三元混合溶劑的聚合物太陽(yáng)能電池活性層給受體形貌的演變過(guò)程。
通過(guò)系統(tǒng)的變量調(diào)節(jié)發(fā)現(xiàn)，三元混合溶劑比例為DCB/CF/DIO = 76:19:5 (v/v) 時(shí)結(jié)晶性最好，相區(qū)尺寸較小，相區(qū)純度最高，相區(qū)界面較粗糙（如圖2所示），從而獲得6.71%的能量轉(zhuǎn)換效率，這是目前基于DPP類(lèi)材料的單層電池的最高效率之一。同時(shí)，他們的研究表明，PDPP3T是極有潛力的紅吸光材料(λedge >900nm, VOC>0.65V, PCE>6%)，有望用于高效疊層器件的構(gòu)筑中。
該研究是首例將三元混合溶劑引入聚合物太陽(yáng)能電池制備中獲得成功的范例，揭示了溶劑體系的理性選擇對(duì)器件的性能提升有重要的影響，也為高效率材料的器件優(yōu)化提供了一個(gè)新的途徑。
研究結(jié)果發(fā)表在近期的《先進(jìn)材料》上（Advanced Materials，2012, 24, 6335-6341），工作發(fā)表以后被著名科學(xué)網(wǎng)站Science Daily以How Solvent Mixtures Affect Organic Solar Cells Structure為題，作了新聞報(bào)導(dǎo)。 （來(lái)源：中科院化學(xué)研究所）
