基于有機半導(dǎo)體活性層的太陽能電池器件得到廣泛的研究開發(fā)。近幾年來，科學家成功設(shè)計合成了一系列新型材料以及在器件加工工藝方面的優(yōu)化，富勒烯光伏器件（OPVs）已經(jīng)實現(xiàn)高達11%的器件光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）；而非富勒烯OPVs的PCE則可高達13%。然而，有機太陽能電池要實現(xiàn)商業(yè)化僅PCE高是遠遠不夠的，還需要不斷減小加工成本以及延長器件壽命。科學家們已經(jīng)在卷對卷、大面積、低成本方面做出一些創(chuàng)新性工作。但是提高穩(wěn)定性也是實現(xiàn)商業(yè)化不容忽視的一個關(guān)鍵因素。
近日，英國謝菲爾德大學David G. Lidzey教授課題組選用PFDT2BT-8作為給體材料，與PC71BM混合制備OPV器件，得到6%的PCE。隨后在室外和室內(nèi)條件下進行了器件的穩(wěn)定性測試，并分析了器件穩(wěn)定性的影響因素。
他們分別將器件暴露在實驗室條件（1000 W/m2輻射，> 650 h）和室外條件（平均輻射強度在AM 1.5的10%左右，> 12,000 h），測試了包封器件PFDT2BT-8:PC71BM的穩(wěn)定性，并且分別測得室外測試條件下的器件起止的J-V曲線
從室外測試的器件數(shù)據(jù)可以看出，從開始到1,450 h時器件效率下降了38%，這是由于器件的老化造成的。之后老化速度明顯減緩。并且PCE的波動與短路電流密度（Jsc）、開路電壓（Voc）和填充因子（FF）的變化有關(guān)。作者發(fā)現(xiàn)一個很有趣的現(xiàn)象：在很長一段時間內(nèi)FF降低，而用增加的Voc 作為補償，從而使最終的PCE能保持在一定范圍內(nèi)。Jsc 的波動則與載流子的遷移率以及溫度有關(guān)。
通過室外測試作者發(fā)現(xiàn)器件效率的增加與溫度的增加有關(guān)，但是當溫度超過40 ℃時，PCE會下降。并且作者認為器件PCE的降低還與輻射增強有關(guān)。
為了研究器件老化在可控條件下的變化，作者還用在室內(nèi)條件下做了穩(wěn)定性測試。從圖5可以看出在150 h內(nèi)由于自身固有的老化過程，器件效率下降了33%，之后器件效率保持在一個穩(wěn)定范圍內(nèi)。
作者還探究了室內(nèi)外以總吸收光譜能量數(shù)值與器件降解的聯(lián)系。很明顯看出，在兩組實驗中，器件具有相當?shù)姆€(wěn)定性。這表明降解過程與在活性層或者一個及兩個界面的次帶隙態(tài)的光致反應(yīng)相關(guān)。這種狀態(tài)提高能量無序化，而能量無序化會使得遷移率降低，增加復(fù)合，因此會降低器件的性能。
筆者以為，有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率固然重要，但是不能僅僅通過微調(diào)結(jié)構(gòu)“刷文章”，應(yīng)該把較大的精力集中于對工藝以及穩(wěn)定性的研究，這是邁向產(chǎn)業(yè)化的必經(jīng)之路。
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