巧用绝缘聚合物矩阵, 全小分子有机太阳能电池的稳定性
有机太阳能电池(OPV) 凭借其轻薄、 柔性可弯曲和成本低廉等优势, 成为新一代光伏技术的重要发展方向。 而近年来, 全小分子有机太阳能电池(ASM OPV) 因其更易于合成、 更高的材料可重复性、 以及更易于精确调控材料特性等优点, 受到科研人员的广泛关注。 与聚合物太阳能电池相比, 全小分子有机太阳能电池ASM OPV 具有以下显著的优势和劣势:优点:1. 高纯度和可控性: 小分子材料可以通过精确的化学合成获得高纯度, 这使得材料特性更易于控制和重现, 从而提高电池性能的一致性和稳定性。2. 电子迁移率高: 小分子材料通常具有较高的电子迁移率, 这有助于提高电池的光电转换效率。3. 溶液加工性: 小分子材料通常易溶于有机溶剂, 适合溶液加工技术, 例如旋涂、 刮涂和印刷, 这些技术具有低成本和大面积制备的潜力。4. 结构灵活性: 小分子材料的化学结构可以通过分子设计灵活调整, 以优化光吸收、 电荷传输和能级匹配。5. 热稳定性: 小分子材料的结构稳定性较高, 一般具有更好的热稳定性, 这有助于提高电池的使用寿命。缺点:1. 薄膜形成难度: 小分子材料在成膜过程中容易出现结晶和相分离现象, 这会影响薄膜的均匀性和电池性能。2. 溶剂选择有限: 虽然小分子材料可以溶解在有机溶剂中, 但合适的溶剂选择有限, 这可能会影响制程的灵活性。3. 机械柔韧性较差: 小分子材料的机械柔韧性一般不如聚合物材料, 这可能会影响电池在柔性基板上的应用。4. 成本相对较高: 由于小分子材料的合成过程较为复杂, 纯度要求高, 其成本通常高于聚合物材料。5. 能级匹配挑战: 小分子材料的能级匹配需要精确设计, 这对材料设计和制备提出了更高的要求。另外, ASM OPV 系统也存在着一些问题, 例如 其分子堆积和聚集结构通常比聚合物系统更加脆弱, 导致其在实际应用中更容易发生性能衰退。近期, 香港理工大学李刚教授团队 在 Advanced Materials 期刊上发表了重要研究成果, 为提升全小分子有机太阳能电池的稳定性指明了新方向。