光州科学技术院研究人员利用水处理技术开发大规模高效有机太阳能电池

有机太阳能电池(OSCs)使用有机聚合物将阳光转化为电能，由于其作为下一代能源的优良性能，近年来受到了广泛关注。这包括轻量级、灵活性、可扩展性和高功率转换效率(>19%)。目前，有几种策略可以提高OSCs的性能和稳定性。然而，一个一直存在的问题是，当扩展到大面积时，难以控制OSCs中活性层的形态。这使得获得高质量的活性层薄膜具有挑战性，反过来，微调器件效率。

在最近的一项研究中，来自韩国光州科学技术学院的一组研究人员着手解决这个问题。在他们发表在《先进功能材料》上的研究中，他们提出了一种乍一看似乎与直觉相悖的解决方案:使用水处理来控制活性层的形态。“众所周知，水会阻碍有机电子器件的性能，因为它保持在有机材料的‘陷阱状态’，阻碍电荷流动，降低器件性能。然而，我们发现，使用水而不是有机溶剂活性溶液作为处理方法的介质，可以在不引起化学反应的情况下实现必要的物理变化，”领导该研究的Dong-Yu Kim教授解释说。

研究人员选择聚合物PTB7-Th和PM6作为供体材料，PC61BM和EH-IDTBR和Y6作为活性层的受体材料。他们注意到，诱导涡旋来混合活性溶液中的供体和受体材料可以产生混合良好的活性溶液，但仅靠涡旋是不够的。活性溶液是疏水的，因此，研究人员决定使用去离子水(DI)和漩涡来搅动溶液。他们让供体和受体材料在氯苯(宿主活性溶液)中放置一夜，然后在溶液中加入去离子水并搅拌，产生微小的漩涡。由于溶液的疏水性质，水推动供体和受体分子，使它们更精细地溶解在溶液中。然后，他们让溶液静止，这导致水从溶液中分离。然后除去水，用水处理过的活性溶液制备PTB7-Th: PC61BM (F，富勒烯)、PTB7-Th: EH-IDTBR (NF，富勒烯)和PM6: Y6 (H-NF，高效非富勒烯)薄膜。

研究人员随后检查了这些薄膜在槽模涂覆的倒置OSC结构中的光伏性能，并将其与没有水处理的OSCs进行了比较。

“我们观察到，经过水处理的活性溶液产生了更均匀的活性层薄膜，与未处理的相比，显示出更高的功率转换效率

与水。此外，我们制作了活性面积为10 cm 2的大面积OSC模块，这表明水处理H-NF膜的转换效率高达11.92%。”Kim教授强调说。

总之，本研究为使用一种非常简单、经济和环保的方法开发大规模、高效的OSCs提供了指导，为其实现和商业化打开了大门。