中国化学会第32届学术年会
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冷结晶温度关联聚合物太阳能电池的相分离状态及器件性能和稳定性
辛景明 马伟*

分会

第二十六分会:有机光伏材料与器件

摘要

非富勒烯聚合物太阳能电池近年来发展迅速,然而面对繁多的给受体材料,如何合理选择相匹配的给受体材料,并快速优化给受体共混薄膜的微观形貌一直缺乏理论指导。其中,形貌优化是器件制备过程中最为重要的环节之一,优化活性层形貌是提高器件性能的必要条件。目前对聚合物太阳能电池活性层形貌的表征主要借助于同步辐射X射线散射技术,受到设备的限制,研究人员亟需快速形貌表征手段。因此,我们将高分子物理中的冷结晶温度这一参数利用到聚合物太阳能电池中。对于淬火态材料缓慢加热,分子链受热会逐渐运动并有序堆积,并释放热量,通过差热式扫描量热计(DSC)第一次升温扫描可以得到与加工条件相关的放热峰,也就是冷结晶峰。相对应的冷结晶温度不仅可以描述共混膜中受体材料结晶的难易程度,还能有效反应共混形貌距离热力学平衡态的距离,即所谓的淬火深度。我们选取了最具代表性的非富勒烯受体ITIC,并与不同结晶性的给体材料共混测量其冷结晶温度后发现给体材料结晶性越强,共混膜中ITIC的冷结晶温度越低。同时,利用同步辐射X射线形貌表征法,测得不同共混膜的相分离信息,并成功构建了冷结晶温度与共混相分离程度的线性关系;在高效非富勒烯有机光伏体系中成功实现了快速便捷的形貌检测。此外冷结晶温度还与聚合物太阳能电池的性能及热稳定性构建了一系列联系。该工作创新地在有机光伏中使用了冷结晶温度来描述共混膜的相分离状态,对未来器件形貌优化具有一定的指导意义。

关键词

非富勒烯;形貌表征;热力学状态;稳定性

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