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蘇州大學李永舫院士團隊李耀文教授:新型柔性透明電極助力柔性有機太陽能電池效率突破12%
2019-03-27  來源:中國科學化學

  蘇州大學李永舫院士團隊的李耀文教授等人利用銀納米線對導電聚合物的組分進行調控,并與銀網格柔性基底復合制備了低面電阻、高透過率的新型柔性復合電極,基于此電極的柔性有機太陽能電池效率超過12%。

  有機太陽能電池(OSCs)活性層材料的可彎曲特性使其在柔性太陽能電池領域展現出了巨大的應用潛力。然而,商業化的銦錫氧化物(ITO)柔性電極由于易脆性、面電阻高、透過率低等缺點限制了其在柔性有機太陽能電池中的應用。為了解決這一問題,發展具有優良機械彎曲性、低面電阻、高透過率的新型柔性透明電極顯得尤為重要。

  基于銀納米線(AgNWs)的導電薄膜不僅具有優良的機械性能,而且其光學和電學性能優異,成為極具應用前景的柔性透明電極材料。但是,粗糙度大、附著力弱,形貌不穩定等缺點依然限制了其在高性能柔性有機太陽能電池中的應用。盡管通過在AgNWs薄膜上覆蓋導電聚合物薄膜,例如PEDOT:PSS,可以解決上述問題,但是PEDOT:PSS需要在較大厚度的情況下才能保證高的電導率,從而導致柔性電極的光學透過率大幅度下降。

  最近,蘇州大學李耀文等人采用高導電性、高規整度的AgNWs,通過摻雜的方式有效調控了PEDOT:PSS(PH1000)薄膜的透過率和導電性,并以此作為PET/Ag-mesh的導電薄膜構筑了PET/Ag-mesh/PH1000:AgNWs新型復合柔性透明電極。


  研究發現,AgNWs的摻入為PH1000提供了額外的電荷傳輸通道,在PH1000較低膜厚的情況下仍然可以獲得高的電導率。最終,PET/Ag-mesh/PH1000:AgNWs柔性復合電極在可見光范圍內的平均透過率得到了顯著提升,最高透過率達到了86%,面電阻降低到了6Ω/sq。不僅如此,PH1000:AgNWs導電薄膜與PET/Ag-mesh基底之間也表現出了良好的貼合性和熱穩定性,以上特點有助于制備高性能柔性有機太陽能電池。

圖1(a)導電薄膜的電導率隨AgNWs摻雜比例變化圖;(b)復合電極面電阻隨AgNWs摻雜比例變化圖;(c)不同復合電極的透過率以及活性層的紫外可見吸收光譜圖;(d)不同復合導電薄膜的紫外可見吸收光譜圖。

  以PBDB-T-2F(給體)和IT-4F(受體)作為活性層,基于PET/Ag-mesh/PH1000:AgNWs復合電極制備的柔性有機太陽能電池效率達到了12.07%(Voc = 0.826 V, Jsc = 20.90 mA cm?2, FF = 0.70),并表現出了與基于玻璃基底(glass/ITO)制備的電池相當的效率(12.94%)。這也是目前報道的非ITO柔性有機太陽能電池的最高效率。

  近日,該成果以“Breaking 12% efficiency in flexible organic solar cells by using a composite electrode”為題,在線發表于Science China Chemistry (DOI: 10.1007/s11426-018-9430-8)。

  論文鏈接:https://doi.org/10.1007/s11426-018-9430-8

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(責任編輯:xu)
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