中國科學院長春應用化學研究所楊小牛研究員等科研人員發明的“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權局授權。

聚合物太陽能電池由于低成本、柔性、易制取等優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，構建高結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晶度，但這種方法容易導致薄膜中共混組分之間產生大尺度（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、降解的風險,導致電池失效。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控聚噻吩結晶度和共混薄膜相分離形貌以獲得穩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境下尺寸得到優化，構成20納米左右的聚集，同時P3HT的結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結晶導致吸收上的加強，致使兩步可控氣氛處理之后的器件在外部量子轉換效率上得到明顯提升，并且最終的器件效率接近4%，實現了高效率免退火聚合物太陽電池器件。

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