【儀表網 研發快訊】近日，國際期刊Energy & Environmental Science發表了武漢大學高等研究院教授閔杰課題組在有機光伏領域取得的重要研究進展。該研究提出了一種“二聚體分子稀釋工程”策略，成功實現了兼具高效率、高穩定性與優異可加工性的全聚合物太陽能電池(All-Polymer Solar Cells, all-PSCs)。
論文題目為“Enhanced εr/LDand improved acceptor crystal growth enable all-polymer solar cells with outstanding efficiency, stability, and processability from a chlorinated-dimer diluent additive”。武漢大學2023級本科生陳至一和碩士生張善華為論文共同第一作者，閔杰、副研究員孫瑞和博士后楊欣榮為共同通訊作者，高等研究院為第一通訊單位。
全聚合物太陽能電池因其優異的機械柔性、形貌穩定性以及溶液加工兼容性，被認為是下一代柔性光伏和可穿戴能源器件的重要候選技術。然而，在可規模化涂布過程中，聚合物材料強分子間作用和鏈纏結效應往往導致活性層形貌難以精準調控，從而制約器件在低速和高速涂布下的器件性能。針對瓶頸，研究團隊設計并引入了一種氯化二聚體受體分子(D-SeV-Cl)作為同源稀釋劑，實現了在刮涂成膜過程中分子堆積與結晶動力學行為的調控。研究表明，該策略能夠有效促進聚合物受體的有序結晶，優化相分離尺度，顯著提升活性層介電常數和激子擴散長度，并抑制陷阱態形成。在非鹵溶劑甲苯條件下，基于該策略制備的全聚合物太陽能電池實現了超過20%的光電轉換效率(PCE)，同時展現出優異的熱穩定性和光照穩定性。同時，在涂布速度2.1-30 m min-1的寬加工窗口內，器件PCE始終保持在19%以上，并在大面積組件(15.4cm2)中獲得約17%的PCE，充分驗證了該活性層體系的可加工性能與應用潛力。
該研究還從分子工程的角度系統闡明了二聚體稀釋分子在全聚合物活性層微觀結構演化、載流子動力學及器件穩定性提升中的作用機制，為突破全聚合物太陽能電池在效率、穩定性與可加工性之間長期存在的協同制約提供了新的研究思路與理論依據。
該研究得到了國家自然科學基金、湖北省自然科學基金及中央高校基本科研業務費的支持。武漢大學科研公共服務共享平臺為該工作的開展提供了有力支撐。
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