河南大学高跃岳副教授JPCC：在自修复有机太阳能电池获得最新成果！- 大数跨境

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河南大学高跃岳副教授JPCC：在自修复有机太阳能电池获得最新成果！

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2021-12-01

导读：本文通过研发新型醇溶型光伏材料提出了具有“永动机”特性的自修复有机太阳能电池

文章信息

本文中，河南大学光伏材料省重点实验室高跃岳副教授与硕士生尚陆文通过研发新型醇溶型光伏材料提出了具有“永动机”特性的自修复有机太阳能电池，该工作以"Simple furan-based polymers featuring self-healing function enable efficient eco-friendly organic solar cells with high stability"为题，发表在期刊Journal of Materials Chemistry C

链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/tc/d1tc05111c/unauth

有机太阳能电池（OSCs）作为新一代可再生能源转换技术，因其具有重量轻、原料来源广泛、可通过卷筒工艺制备大面积柔性器件等特点而备受关注。经过研究人员在新型材料开发、器件工艺革新、活性层形貌优化等方面的努力，OSCs单节器件的光电转化效率已经超过18%，且叠层器件效率已经达到19.64%，展现出较大的应用前景。

然而，目前高效OSCs器件的活性层大多采用有毒的含卤溶剂制备，如氯仿、氯苯、二氯苯等。虽然，科研人员已经使用毒性较低的非卤溶剂（甲苯、邻二甲苯、四氢呋喃等）代替含卤溶剂来开发高效OSCs，并获得一定成功。然而，上述非卤溶剂仍然对操作人员及环境具有一定的不友好性。因而，采用真正的绿色溶剂，如醇、水来制备高效OSCs是一个具有重要意义的研究方向，也可以为OSCs将来大规模低成本产业化提供重要的基础研究积累。

鉴于上述研究现状，河南大学高跃岳副教授与硕士生尚陆文通过将醇溶性较好的呋喃模块单元与寡聚乙二醇侧链组装设计合成了系列醇溶性较好的全呋喃聚合物光伏材料PFO3和PFO4（图1）。研究发现通过调控寡聚乙二醇侧链的长度可以灵活调节目标聚合物的吸收光谱、能级、分子聚集特性。最终，基于侧链为三乙二醇单甲醚的目标聚合物PFO3的OSCs器件在通过水/乙醇处理制备时展现出3.03%的光电转化效率。

有趣的是，基于PFO3的器件在不连续光照下表现出一定的光伏性能自修复特性，然而这种现象在几种不含寡聚乙二醇侧链的高效活性层体系中并未观察到。通过TEM、XPS、FTIR相关表征手段（图2），研究小组发现基于PFO3的活性层可以形成大量的分子内和分子间氢键，不连续的光照可以诱导部分氢键的自愈合恢复，表现出器件光伏性能的一定程度的回升（图3）。该工作为设计新型水/醇溶性光伏材料及提升绿色OSCs器件稳定性提供了一种新的策略。

图1 PFO3和PFO4的合成路线示意图

图2 基于PFO3的活性层在连续光照和不连续光照下的TEM、FTIR和XPS图谱

图3 基于PFO3的活性层在连续光照和不连续光照下内部变化示意图

河南大学为论文第一完成单位，硕士生尚陆文为第一论文作者，高跃岳副教授为第一通讯作者，河南大学谭付瑞副教授和中科院半导体所王智杰研究员为论文共同通讯作者。研究工作受到国家重点研究发展计划、中国科学院战略重点研究计划、国家自然科学基金项目、国家博士后面上基金项目、河南省自然科学基金等资助。

延伸阅读

高跃岳副教授

河南大学光伏材料省重点实验室高跃岳副教授毕业于哈尔滨工业大学，硕士生导师，师从张勇研究员，主要研究方向为呋喃类光伏材料设计合成及其应用、窄带隙染料分子设计合成及应用。目前以第一或通讯作者在Nano Energy，Small，Journal of Materials Chemistry A，Journal of Materials Chemistry C，Solar RRL，Macromolecules等国际SCI期刊发表论文15余篇。

尚陆文研究生

河南大学硕士研究生，主要研究方向为新型水/醇溶性光伏材料设计合成及其在有机太阳能电池中应用研究，目前发表SCI论文1篇，EI论文1篇，申请国家发明专利1项，参与国内太阳能电池专题会议1次。