Nat. Commun.: 固有使用寿命超过30年的非富勒烯受体有机光伏电池

18 09月 2021

2021-09-18 09:49

导语：研究人员开发出一种溶液化处理的基于非富勒烯受体(NFAs)的有机光伏(OPV)器件，同时实现了高效、低成本和显著的操作稳定性，该有机光伏电池最长户外使用寿命可达30年。Nat. Commun.:固有使用寿命超过30年的非富勒烯受体有机光伏电池。

1.前言

目前，有机光伏(OPV)电池已经取得了飞速的发展。然而，相关活性层材料在体异质结(BHJ)中很容易降解和形态不稳定。与基于C70受体的高稳定性器件相比，最有效的非富勒烯受体(NFAs)含有多个噻吩单元，它们具有相对较弱的化学键，在高紫外光和红外光强度下会有一定程度的离解，从而对最终的器件性能也有很大的影响。

除了BHJ中材料和形态的变化外，有机/电极界面的性质也会随着时间的推移影响电池的性能。虽然目前已经提出了各种修改材料界面用以抑制降解的策略，但在模拟空气质量(AM)1.5G的照射下，长期稳定的OPV电池尚未实现，其中不稳定性原因也还尚不明朗。因此，如何研究材料、薄膜形态、器件结构之间的相关性，以及延长OPV的寿命仍然具有重要意义。

2.简介

近日，美国密歇根大学Stephen R. Forrest教授研究团队开发出一种溶液化处理的基于NFAs的OPV器件，同时实现了高效、低成本和显著的操作稳定性。事实上，该类OPV电池的不稳定性源于BHJ和无机电荷传输层之间界面性质随时间变化。于是，研究人员通过在BHJ的每一侧插入超薄保护缓冲层IC-SAM和C70，显著抑制了上述变化，并且将简单的ZnO UV滤光层集成到玻璃基板的远侧表面可以进一步增强这一效果。

研究结果显示，基于PCE-10:BT-CIC的OPV器件可以在模拟1个太阳强度、AM 1.5G照射、55℃下，1900小时后效率仍能达到初始值的94%。此外，该器件暴露在高达27个太阳的光照强度和65°C的情况下会加速老化，并且降解速率随强度呈线性增加，但没有系统性的温度依赖性，相应PCE比初始值减少20%，推算出T80大于56000小时，这相当于30年的户外运行寿命。

3.总结

综上，该工作为提高OPV器件稳定性和使用寿命开发出一种新的方法，有利于促进OPV电池的市场应用。相关研究成果现已发表在国际顶级期刊《Nature Communications》上，题为“Non-fullerene acceptor organic photovoltaics with intrinsic operational lifetimes over 30 years”。

4.材料