全聚合物太阳能电池具有优异柔韧性、溶液加工性和热稳定性等特点,在可穿戴、可拉伸设备的轻量、大面积印刷应用方面具有广阔前景。活性层形貌优化特别是调控给体结晶与相分离是其关键,但溶剂蒸汽退火等后处理过程的实时形貌演变机制尚不清晰。
中国科学院上海高等研究院研究员杨春明等,基于上海光源小角散射线站,建立了有机太阳能电池原位掠入射X射线散射研究平台。科研人员利用同步辐射掠入射广角X射线散射(GIWAXS)和原位紫外-可见光谱 (UV-vis),结合掠入射小角X射线散射技术(GISAXS),实时追踪了刮涂法制备的PM6: PY-IT全聚合物电池活性层在溶剂蒸汽退火过程中的动态形貌变化,揭示了溶剂蒸汽退火调控全聚合物共混薄膜形态的溶胀-再结晶-重排三阶段机制及其与性能的关联。
UV-vis结果显示,在饱和蒸气压高、溶解度低的非极性溶剂二硫化碳蒸汽作用下,PY-IT吸收峰出现红移;而在饱和蒸气压低、溶解度高的极性溶剂氯仿(CF)蒸汽作用下,该峰则出现蓝移。这表明,极性溶剂对聚合物受体(PY-IT)的影响更显著,诱导其分子链构象变化,形成更致密的空穴传输层,从而提升空穴传输效率。GIWAXS分析确认,溶剂蒸汽退火过程包含溶剂溶胀、再结晶和分子重排三个特征阶段。适度的溶剂蒸汽退火时间有助于稳定晶体结构,表现出晶格间距减小、载流子迁移率增加以及相分离尺寸优化,能够提升器件的光电转换效率。研究显示,过度的溶剂蒸汽退火可能导致分子重排阶段晶体重新膨胀,不利于性能提升,但热退火(TA)预处理可抑制这种不良膨胀。进一步,研究通过GISAXS,在介观尺度水平上研究纳米级相分离行为发现,TA+CF溶剂蒸汽退火组合处理的薄膜展现出最优的形貌特征,包括最大的给体相干长度、最大的受体聚集相尺寸、最高的受体分形维数及最大的受体相干长度。热退火预处理诱导的PY-IT聚集体尺寸增大,是实现适度结晶度和理想相分离的关键,有助于促进电荷分离与传输。
上述研究阐明了极性溶剂溶剂蒸汽退火主要优化分子堆积,而非极性溶剂溶剂蒸汽退火更倾向于促进相分离,这为高性能刮涂器件提供了工艺-材料协同优化策略。同时,这一成果为后续探索多溶剂协同退火、动态过程的精准调控以及发展环境友好的绿色工艺奠定了基础,有望推动大面积柔性全聚合物太阳能电池的产业化进程。
相关研究成果发表在《先进科学》(Advanced Science)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等的支持。该工作由上海高研院、太原科技大学和香港理工大学合作完成。
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刮涂全聚合物太阳能电池溶剂蒸汽退火过程中(a)原位GIWAXS和UV-vis同时测量示意图,(b)采用不同溶剂蒸汽退火处理的微观形貌演变示意图。
西北工业大学李林教授、傅莉教授和西北大学陈希教授等人,结合蛋白质口袋预测与光功能材料设计理念,提出基于蛋白限域荧光 随着公众号、抖音、快手等一众新媒体平台强势崛起,有不少本科生没有走传统的找工作上班路线,而是选择自己做新媒体,通过文 当记者不久前在内蒙古鄂尔多斯市东胜区第十二小学见到全国特级教师、杭州市理想教育集团总校长俞国娣时,她正在为鄂尔多斯市“名校长工作室”的几位校长进行一对一的解答和指导。作为鄂尔 中国教育报-中国教育新闻网北京11月11日讯(记者 林焕新)学前教育法明确“幼儿园应当把保护学前儿童安全放在首位”。实践中如何落实?在今天教育部举行的新闻发布会上,教育部基础教育司司长田祖荫 中国教育报-中国教育新闻网讯(记者 陈欣然)“大家来看这幅图,图中红点表示位于中心城区的64处红色旧址,其余36处位于周边郊区……”近日,在天津城建大学革命丰碑展馆,讲解员正在向参观的学生们介绍 中国教育报-中国教育新闻网讯(记者 陈欣然)日前,在第25届中国国际教育年会期间,由英国商业贸易部与天津市教育委员会共同举办的“数字化重塑职业教育新形态:中英合作共育未来人才”平行论坛在北京 。本文链接:刮涂全聚合物太阳能电池研究取得进展http://www.sushuapos.com/show-12-1398-0.html
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