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近期，北京航空航天大學化學學院孫艷明教授和上海交通大學劉烽教授合作，在Nature Communications上發(fā)表題為“Optimized active layer morphology toward efficient and polymer batch insensitive organic solar cells”的研究論文，報道了一種對聚合物批次不敏感的高性能有機太陽能電池的制備方法。

有機太陽能電池由于輕質(zhì)、半透明、可溶液加工等優(yōu)點受到了科研界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。調(diào)控活性層形貌使其形成理想的雙連續(xù)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是制備高性能有機太陽能電池的關(guān)鍵。而在活性層的成膜過程中，成膜動力學影響著薄膜的最終形貌?；旌先芤盒糠ㄊ菍嶒炇抑苽涮柲茈姵鼗钚詫拥淖畛Ｓ梅椒ǎ涑赡に俣瓤?；與旋涂法相比，工業(yè)印刷法成膜速度相對較慢。在不同時間尺度內(nèi)，給受體材料的結(jié)晶和相分離行為不同，因此，如何有效調(diào)控不同成膜條件下的活性層形貌是一個很大的挑戰(zhàn)。



圖1：(a) PT2與Y6的分子式; (b) 逐層沉積法制備流程示意圖；(c) 逐層沉積法（SD）與旋涂法（BC）制備的有機太陽能J-V特性曲線; (d) 縫模印刷法制備的大面積有機太陽能J-V特性曲線；（d）基于批次PT2的SD和BC有機太陽能的J-V特性曲線。

在本研究中，作者結(jié)合他們前期提出的“纖維網(wǎng)絡(luò)策略（FNS）”與逐層沉積法（SD），實現(xiàn)了對活性層形貌的有效控制，成功制備了大面積且對聚合物批次不敏感的高效率有機太陽能電池。PT2給體聚合物先形成纖維網(wǎng)絡(luò)薄膜，然后Y6受體小分子擴散到到纖維網(wǎng)絡(luò)中，從而形成理想的給受體互穿網(wǎng)絡(luò)形貌。逐層沉積法制備的有機太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率高達16.5％（中國計量院認證效率為16.1%）。作者利用狹縫涂布法制備了大面積SD器件，當器件有效面積為0.8 cm2時，光電轉(zhuǎn)換效率為14.6％。此外，作者發(fā)現(xiàn)相比較于直接旋涂法，F(xiàn)NS-SD方法提高了PT2聚合物的結(jié)晶性，減弱了PT2和Y6間相互作用，可以更有效調(diào)控活性層形貌，且形貌對聚合物批次不敏感，基于不同聚合物批次的有機光伏器件效率均高于16%。

FNS-SD方法制備的太陽能電池器件對聚合物批次呈現(xiàn)出較高的耐受性，從而解決了有機太陽能電池中聚合物存在的批次性差異難題。這一策略為有機太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化提供了重要技術(shù)支撐。


 原標題：對聚合物批次不敏感的高性能有機太陽能電池| Nature Communications