Angew. Chem. ：微量硅油降低活性层溶液表面张力实现大面积柔性有机光伏模组

有机半导体光活性层的电荷载流子迁移率低和激子扩散长度短，器件性能对光活性层薄膜的厚度极为敏感。通常，有机光伏光活性层最优厚度仅为100 nm左右，大面积均匀的纳米级有机光活性层薄膜制备困难，限制了高效率大面积有机光伏器件制备与应用。

近日，华中科技大学周印华教授课题组通过在光活性层溶液中添加微量（万分之二）的硅油，显著地降低了活性层溶液的表面张力（如图所示）。将溶液滴在水面，添加硅油后活性层在水表面形成了高的铺展系数，使得活性层溶液在水面上自发地大面积铺展并干燥成膜。并进一步将该薄膜转印至电子传输层表面，实现了柔性大面积有机光伏模组。

该方法称为马兰戈尼力辅助涂布（Marangoni force assisted coating，MAC）。依托高性能非富勒烯光活性层PM6:BTP-eC9，该活性层溶液中添加硅油，实现了PM6:BTP-eC9活性层溶液在水面上大面积均匀铺展，制备了面积达700 cm²的均匀活性层薄膜，并转移至柔性基底上用以制备器件。

溶液铺展与干燥动力学研究表明，活性层的成膜行为依赖于加工溶剂，通过选择高沸点二甲苯溶液实现了与传统旋涂氯仿器件相当的能量转换效率，通过该水面铺展-转印方法制备了面积为32.5 cm²、效率为14.3%的柔性有机光伏模组。

在该工作中，研究团队报道一种大面积活性层薄膜制备方法，以微量硅油添加剂实现活性层薄膜的大面积铺展，结合转印技术实现高性能大面积柔性有机光伏模组。与传统涂布方法相比， MAC方法在水面自发成膜均匀、材料利用率高，是一种具有前景的溶液法薄膜制备技术。

图：（a）活性层溶液的表面张力随不同硅油含量的关系；（b）添加硅油的活性层溶液PM6:BTP-eC9在水面的大面积铺展图；（c）活性层薄膜转移至柔性基板上；（d）基于MAC活性层制备的柔性有机光伏器件的电流-电压曲线。

论文信息

Engineering Surface Tension of Active Layer Solutions to form Uniform Films on Water Surface for Large-Area Flexible Organic Photovoltaic Modules

Kai Feng, Xianmin Zhou, Yerun Gao, Jianping Chen, Junfeng Liu, Xinlu Liu, Qi Luo, Qijin Zhou, Zedong Xiong, Xiaoru Wang, Ming Shao, Hongwei Han, Yinhua Zhou

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202420226