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苏州大学:新型柔性透明电极助力柔性有机太阳能电池效率突破12%

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发表于 2019-4-4 21:35:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
有机太阳能电池(OSCs)活性层材料的可弯曲特性使其在柔性太阳能电池领域展现出了巨大的应用潜力。然而,商业化的铟锡氧化物(ITO)柔性电极由于易脆性、面电阻高、透过率低等缺点限制了其在柔性有机太阳能电池中的应用。为了解决这一问题,发展具有优良机械弯曲性、低面电阻、高透过率的新型柔性透明电极显得尤为重要。
苏州大学李永舫院士团队的李耀文教授等人利用银纳米线对导电聚合物的组分进行调控,并与银网格柔性基底复合制备了低面电阻、高透过率的新型柔性复合电极,基于此电极的柔性有机太阳能电池效率超过12%。
基于银纳米线(AgNWs)的导电薄膜不仅具有优良的机械性能,而且其光学和电学性能优异,成为极具应用前景的柔性透明电极材料。但是,粗糙度大、附着力弱,形貌不稳定等缺点依然限制了其在高性能柔性有机太阳能电池中的应用。尽管通过在AgNWs薄膜上覆盖导电聚合物薄膜,例如PEDOT:PSS,可以解决上述问题,但是PEDOT:PSS需要在较大厚度的情况下才能保证高的电导率,从而导致柔性电极的光学透过率大幅度下降。
最近,苏州大学李耀文等人采用高导电性、高规整度的AgNWs,通过掺杂的方式有效调控了PEDOT:PSS(PH1000)薄膜的透过率和导电性,并以此作为PET/Ag-mesh的导电薄膜构筑了PET/Ag-mesh/PH1000:AgNWs新型复合柔性透明电极。
苏州大学:新型柔性透明电极助力柔性有机太阳能电池效率突破12%
研究发现,AgNWs的掺入为PH1000提供了额外的电荷传输通道,在PH1000较低膜厚的情况下仍然可以获得高的电导率。最终,PET/Ag-mesh/PH1000:AgNWs柔性复合电极在可见光范围内的平均透过率得到了显著提升,最高透过率达到了86%,面电阻降低到了6Ω/sq。不仅如此,PH1000:AgNWs导电薄膜与PET/Ag-mesh基底之间也表现出了良好的贴合性和热稳定性,以上特点有助于制备高性能柔性有机太阳能电池。
图1(a)导电薄膜的电导率随AgNWs掺杂比例变化图;(b)复合电极面电阻随AgNWs掺杂比例变化图;(c)不同复合电极的透过率以及活性层的紫外可见吸收光谱图;(d)不同复合导电薄膜的紫外可见吸收光谱图。
以PBDB-T-2F(给体)和IT-4F(受体)作为活性层,基于PET/Ag-mesh/PH1000:AgNWs复合电极制备的柔性有机太阳能电池效率达到了12.07%(Voc=0.826V,Jsc=20.90mAcm?2,FF=0.70),并表现出了与基于玻璃基底(glass/ITO)制备的电池相当的效率(12.94%)。这也是目前报道的非ITO柔性有机太阳能电池的最高效率。
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