Nat. Commun.: 固有使用壽命超過30年的非富勒烯受體有機光伏電池

導語：研究人員開發出一種溶液化處理的基於非富勒烯受體（NFAs）的有機光伏（OPV）器件，同時實現了高效、低成本和顯著的操作穩定性，該有機光伏電池最長戶外使用壽命可達30年。Nat。 Commun。：固有使用壽命超過30年的非富勒烯受體有機光伏電池

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https：//doi。org/10。1038/s41467-021-25718-w

1.前言

目前，有機光伏（OPV）電池已經取得了飛速的發展。然而，相關活性層材料在體異質結（BHJ）中很容易降解和形態不穩定。與基於C70受體的高穩定性器件相比，最有效的非富勒烯受體（NFAs）含有多個噻吩單元，它們具有相對較弱的化學鍵，在高紫外光和紅外光強度下會有一定程度的離解，從而對最終的器件效能也有很大的影響。

除了BHJ中材料和形態的變化外，有機/電極介面的性質也會隨著時間的推移影響電池的效能。雖然目前已經提出了各種修改材料介面用以抑制降解的策略，但在模擬空氣質量（AM）1。5G的照射下，長期穩定的OPV電池尚未實現，其中不穩定性原因也還尚不明朗。因此，如何研究材料、薄膜形態、器件結構之間的相關性，以及延長OPV的壽命仍然具有重要意義。

‍ 圖1：分子結構、器件結構、光伏穩定性

2.簡介

近日，

美國密歇根大學Stephen R. Forrest教授

研究團隊開發出一種溶液化處理的基於NFAs的OPV器件，同時實現了高效、低成本和顯著的操作穩定性。事實上，該類OPV電池的不穩定性源於BHJ和無機電荷傳輸層之間介面性質隨時間變化。於是，研究人員透過在BHJ的每一側插入超薄保護緩衝層IC-SAM和C70，顯著抑制了上述變化，並且將簡單的ZnO UV濾光層整合到玻璃基板的遠側表面可以進一步增強這一效果。

圖2：GIWAXS表徵和TEM影象

研究結果顯示，基於PCE-10：BT-CIC的OPV器件可以在模擬1個太陽強度、AM 1。5G照射、55℃下，1900小時後效率仍能達到初始值的94%。此外，該器件暴露在高達27個太陽的光照強度和65°C的情況下會加速老化，並且降解速率隨強度呈線性增加，但沒有系統性的溫度依賴性，相應PCE比初始值減少20%，推算出T80大於56000小時，這相當於30年的戶外執行壽命。

圖3。老化加速因子和OPV壽命推測

3.總結

綜上，該工作為提高OPV器件穩定性和使用壽命開發出一種新的方法，有利於促進OPV電池的市場應用。相關研究成果現已發表在國際頂級期刊《Nature Communications》上，題為“Non-fullerene acceptor organic photovoltaics with intrinsic operational lifetimes over 30 years”。

本文關鍵詞：有機光伏，器件穩定性，PCE-10，BT-CIC。

4.材料

PCE-10：1469791-66-9

C60-SAM：631918-72-4