研究人员发现，通过添加简单的溶剂，超薄体异质结(BHL)薄膜的制造时间可以显著缩短。在BHJ薄膜生产中，溶剂消除了需要时间密集的退火步骤。这种新型BHJ薄膜被广泛应用于太阳能电池中，比退火生产的薄膜效率更高。
在这张含有溶剂添加剂的BHJ膜的形态示意图中，富勒烯表现为小的银球，均匀地分布在小分子或聚合物的网络中。来源:ORNL。
由于超薄膜技术的显著进步，半导体设备和太阳能电池板变得更便宜，效率更高。俄勒冈州国家实验室的研究人员表示，他们发现了一种制作太阳能电池所需超薄膜的简单方法。
有机体异质结(BHJ)太阳能电池利用薄膜将太阳能转化为电能。这些薄膜通常是由富勒烯和共轭聚合物在溶液中混合形成的。富勒烯(也被称为巴克球)是足球形状的碳分子。
为了保证均匀性，将溶液自旋浇铸到旋转的基体上。接着，对混合物进行退火。退火就是对材料加热并随后冷却。这个过程增加了材料的韧性，同时降低了它的硬度，这使得材亚博网站下载料很容易处理。
bhj是柔韧的，这使得它们比昂贵的晶体硅更受欢迎。然而，退火过程需要相当多的时间。研究小组表示，添加一种简单的溶剂，1-8-二碘辛烷(DIO)，可以消除执行时间密集的退火过程的必要性。
博士后研究员Nuradhika Herath领导了一个由材料和中子科学家组成的团队橡树岭国家实验室(ORNL)研究BHJ薄膜的形貌。
优化薄膜的形貌是提高器件性能的关键。我们想知道的是混合结构和光伏性能之间的关系。
Nuradhika Herath - ONRL
她补充说，找到调整薄膜形态的方法与找出为什么某些薄膜形态表现得更好同样重要。
并与热退火法进行了比较。研究小组想要获得一种均匀混合富勒烯和吸光分子的薄膜。
混合物的均匀性非常重要，因为团簇的形成会降低成膜效率。团簇会吸收通过薄膜的电子，降低薄膜传输电流的能力，影响器件的整体性能。
该超薄膜厚度约为100 nm，其组成具有复杂的深度分布。为了研究薄膜的形态，研究小组采用了中子散射。
在CNMS，研究人员混合两种不同的样品，然后旋转铸造它们。其中一个样品添加了溶剂添加剂，而另一个样品则进行了退火处理。这些薄膜样品随后在SNS的磁反射仪(MR)下检查，射线线4A。
富勒烯和聚合物在整个薄膜中的排列方式是由mr提供的结构剖面决定的。研究人员可以清楚地观察到其中的差异。
在退火样品中，观察到富勒烯和聚合物之间有相当多的分离。然而，在溶剂添加剂样品中，形貌显示出非凡的一致性;这意味着更好的表现。
原因是当我们使用溶剂而不是退火时，样品干燥非常缓慢，所以有足够的时间使系统达到完全优化。我们看到额外的退火是不必要的，因为，在某种意义上，系统已经尽可能完美了。
Valeria Lauter - ONRL
许多材料在亚博网站下载中子看来是透明的，这使得中子反射法成为材料分析的一项重要技术。中子可以穿过材料的原子结构，并提供有关其成分的定量和定性信息。神经元提供的数据有两个目的——它们可以用来提高太阳能电池的性能，也可以用来简化制造过程。
该团队得出结论，溶剂添加剂可以帮助优化BHJ薄膜的结构，帮助减少生产时间、所需资源和涉及的成本。
此外，光伏性能的优化为制造具有完全可控形态和器件性能的太阳能电池提供了信息。这些发现将有助于开发“理想的”光伏技术，使我们离生产商业化设备又近了一步。
Nuradhika Herath - ONRL
该研究论文发表在《科学报告》杂志上。
这项研究的共同作者包括Jong K. Keum、Rajeev Kumar、Bobby G. Sumpter、Kai Xiao、Sean Smith、Jiahua Zhu、Valeria Lauter、Ilia N. Ivanov、Pooran Joshi和James F. Browning，他们都来自俄勒冈州;以及来自田纳西大学的Gong Gu和Sanjib Das。