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 聚合物太陽電池是一種新型全固態(tài)薄膜電池，與傳統(tǒng)的無機晶硅電池有非常強的互補性，在光伏建筑、便攜式能源等領域具有十分廣闊的應用前景。有機太陽能電池在實際工作條件（例如空氣濕度、溫度等）以及大面積印刷過程中所表現(xiàn)出的性能都不是特別理想，這嚴重制約了產(chǎn)業(yè)化進程。因此，全面闡述在印刷條件下加工參數(shù)、聚集態(tài)結構與器件性能三者之間的相互關系對推進產(chǎn)業(yè)化進程具有重要的指導意義。

美國北卡羅來納州立大學博士后研究員葉龍及研究團隊近年來致力于綠色溶劑印刷有機太陽能電池的研究。在前期的研究中，他們開發(fā)了在空氣中采用綠色溶劑（2-甲基苯甲醚）刮涂有機太陽能電池的工藝（Chem. Mater. 2016, 28, 7451-7458），并在聚合物-富勒烯太陽能電池實現(xiàn)了8%以上的能量轉換效率，該工作發(fā)表后被物理學家組織網(wǎng)站（Phys Org）以“Food additive key to environmentally friendly, efficient, plasticsolar cells”為題做了新聞評述。他們進一步報道了精準調控全聚合物太陽能電池多尺度形貌及器件性能的方法（Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1702016）。

近日，葉龍博士、研究助理熊元及合作者北卡大學教堂山分校尤為教授和中科院化學所侯劍輝研究員在這方向取得新的突破。該研究工作以“Surpassing 10% Efficiency Benchmark for Nonfullerene Organic Solar Cells by Scalable Coating in Air from Single Nonhalogenated Solvent”為題于2018年2月19日正式發(fā)表在《先進材料》上（Adv. Mater. 2018, 30, 1705485），并入選了雜志當期的Inside Back Cover。在該項研究中，研究人員首先發(fā)現(xiàn)了一種新的聚合物-非富勒烯材料體系FTAZ:IT-M可以在旋涂器件中取得了超過12%的能量轉換效率。以FTAZ:IT-M為模型體系，他們詳細地對比研究了三種非鹵溶劑（甲苯、二甲苯、三甲苯）刮涂薄膜的光伏特性、分子排列、成膜動力學、介觀形貌等。

基于掠入射硬X射線衍射、共振軟X射線散射、原位橢偏儀等技術的分析，他們建立了刮涂有機太陽能電池中加工溶劑、微觀形貌與器件性能之間的相互關系。研究表明采用甲苯作為加工溶劑時，薄膜的π-π相干長度最大、面外堆積有序度最高、相純度最高、相區(qū)尺寸最小，從而器件可以獲得最高的短路電流、填充因子以及能量轉換效率。在相對濕度為50%的空氣中，他們采用甲苯作為單一溶劑刮涂仍可以取得11%的能量轉換效率，這也是該類器件文獻報道的最高值。值得指出的是，該器件的熱穩(wěn)定性和溶液穩(wěn)定性也非常突出。該工作為印刷低成本、環(huán)境友好、穩(wěn)定的有機太陽能電池提供了重要的參考。