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  有機(jī)太陽能電池因其質(zhì)輕、價(jià)廉、可溶液加工及柔性等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率 (PCE) 在單層器件中已經(jīng)突破13%，但是穩(wěn)定性不佳仍然是限制有機(jī)太陽能電池實(shí)際應(yīng)用的重大問題之一。

  影響穩(wěn)定性的因素主要包括光、熱、氧氣及水蒸氣。通�？梢哉J(rèn)為，主要是由于受到氧氣和水蒸氣的影響，導(dǎo)致活性層與空氣發(fā)生一些反應(yīng)。然而氧氣和水蒸氣對器件的穩(wěn)定性影響可以通過封裝進(jìn)行緩解，而光和熱是不可避免的。光照一定時(shí)間產(chǎn)生的熱導(dǎo)致活性層形貌不穩(wěn)定，進(jìn)而影響器件的效率。近日，南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳義旺教授課題組發(fā)現(xiàn)，在高效的PTB7-Th體系中，通過在PTB7-Th:PC71BM體系中加入低沸點(diǎn)添加劑1,4-丁二硫醇 (BT, 196℃)，在高溫130℃加熱半小時(shí)，仍能保持74%的效率。而在我們常用的高沸點(diǎn)添加劑1,8-二碘辛烷 (DIO,332℃) 體系中，相同條件下只能保持50%的效率。

圖(a) 為PTB7-Th, PC71BM, BT和DIO的化學(xué)結(jié)構(gòu)；圖(b), (c) 及 (d) 分別為PTB7-Th: PC71BM體系在DIO和BT中熱退火前后的J-V 曲線，外量子效率及紫外光譜。

  作者在體系中用這種低沸點(diǎn)添加劑BT，發(fā)現(xiàn)體系熱穩(wěn)定性提高的原因在于，BT的加入能夠提高聚合物給體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg)。通過動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)，PTB7-Th的Tg為138℃，在DIO和BT體系中，Tg分別為128.3℃和146.7℃。通過分析，由于添加劑DIO的沸點(diǎn)太高，很容易殘留在活性層中，這樣DIO就相當(dāng)于增塑劑，進(jìn)而降低體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度使得體系熱穩(wěn)定性變差。而在低沸點(diǎn)添加劑BT的作用下，它很容易揮發(fā)，在旋涂過程中會(huì)隨主溶劑(氯苯) 之后揮發(fā)出去。

圖(a), (b), (c), (d), (e), (f) 分別為純PTB7-Th及在添加劑DIO及BT作用下的DMA曲線，tan δ所對應(yīng)溫度代表的是各物質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg)。

此圖為添加劑DIO和BT在PTB7-Th:PC71BM體系的作用示意圖

  該工作采用的添加劑BT，通過提高體系玻璃化轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的器件，研究成果為今后有機(jī)太陽能電池在熱穩(wěn)定性研究進(jìn)一步發(fā)展提供指導(dǎo)意義。相關(guān)工作發(fā)表在Macromolecular Rapid Communications 上，文章的第一作者是南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)院的碩士研究生尹靜萍和南昌大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院周魏華老師(共同第一作者)。Jingping Yin, Weihua Zhou, Lin Zhang, Yuanpeng Xie, Zoukangning Yu, Jun Shao, Wei Ma*, Jianrong Zeng*, Yiwang Chen*, Improved Glass Transition Temperature towards Thermal Stability via Thiols Solvent Additive versus DIO in Polymer Solar Cells, Macromol. Rapid Commun. 2017. 10.1002/marc.201700428