中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所楊小牛研究員等科研人員發(fā)明的“一種聚合物太陽能電池的制備方法”專利近日獲得了國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)。

聚合物太陽能電池由于低成本、柔性、易制取等優(yōu)點成為可再生能源研究的熱點。在基于可溶性聚噻吩(P3HT)/富勒烯衍生物（PCBM）共混薄膜的聚合物太陽能電池中，構(gòu)建高結(jié)晶性聚噻吩并控制兩種共混物相分離尺度能使電池的效率大幅提高。一般地，采用熱退火處理方法能夠提高器件中聚噻吩的結(jié)晶度，但這種方法容易導(dǎo)致薄膜中共混組分之間產(chǎn)生大尺度（微米級以上）相分離，不利于器件性能提高。另外，較高溫度下（>100℃）熱退火需要進行惰性氣體保護，否則會存在聚噻吩氧化、降解的風(fēng)險,導(dǎo)致電池失效。在基于可溶性聚噻吩/富勒烯衍生物的聚合物電池中，采用溶劑氣氛處理的方法可提升P3HT結(jié)晶度并改善共混物形貌提升聚合物太陽能電池效率。但由于溶劑氣氛處理的影響因素較多，使調(diào)控的聚合物電池效率波動大，因此采用可控溶劑氣氛處理方法來調(diào)控聚噻吩結(jié)晶度和共混薄膜相分離形貌以獲得穩(wěn)定的高效率太陽能電池的方法尚未見報道。

在國家基金委和中科院的大力支持下，楊小牛課題組采用旋涂制膜的方法首先獲取到P3HT/PCBM共混薄膜，然后在四氫呋喃的飽和氣氛下對薄膜進行可控溶劑氣氛處理，使得PCBM在四氫呋喃氣氛環(huán)境下形成尺度在30納米左右的聚集，再將此薄膜在二硫化碳的氣氛下進行可控溶劑氣氛處理，使得之前形成的相分離尺寸較大的PCBM聚集在二硫化碳氣氛環(huán)境下尺寸得到優(yōu)化，構(gòu)成20納米左右的聚集，同時P3HT的結(jié)晶度也在良溶劑氣氛下得到提升。20納米的相分離正好與聚合物太陽電池中的激子分離尺寸相吻合，再加上P3HT結(jié)晶導(dǎo)致吸收上的加強，致使兩步可控氣氛處理之后的器件在外部量子轉(zhuǎn)換效率上得到明顯提升，并且最終的器件效率接近4%，實現(xiàn)了高效率免退火聚合物太陽電池器件。

本發(fā)明在常溫下采用兩步可控溶劑氣氛處理方法獲得了穩(wěn)定的高性能太陽電池器件，能降低生產(chǎn)成本，并為實現(xiàn)大面積太陽電池器件提供條件。