珀金埃爾默賦能集成電路行業產業升級——實現AI應用交付

閱讀：71 發布時間：2026-6-5

典型應用之一

差示掃描量熱法評估活性層材料結晶度

有機太陽能電池（OSC）是一種用于將太陽能轉換為電能的新型光伏技術。該技術通常采用透明電極/光敏層/金屬電極的夾層結構。其中，活性層（尚未按照上述夾層結構予以適當定義）是有機太陽能電池最重要的核心組件，也是決定電池換能效率的重要因素之一，該電池通常由p型共軛聚合物給體和n型半導體受體材料共混而成。有機聚合物太陽能電池使用有機聚合物材料作為活性層，可以與柔性基板很好地結合在一起，此類材料具特性，例如材料來源廣泛、重量輕、制備過程簡單且具有柔韌性。

使用共軛聚合物作為電子給體并將富勒烯及其衍生物作為電子受體的聚合物/富勒烯太陽能電池是當前重要的研究課題。通過分子設計策略，可以優化聚合物和富勒烯及其衍生物的基本特性。這些特性包括吸收光譜、分子能級和兩者的遷移率以及結晶度。其中，活性層材料的結晶度還與電池的能量轉換效率密切相關。差示掃描量熱法（DSC）可以直接測量活性層材料的熔融焓并推斷出材料的結晶度。這就使得用戶可估算出能量轉換效率，因此推斷出活性材料中電子給體和電子受體的最佳比例。

按照上述測試要求，本文使用珀金埃爾默的DSC 9差示掃描量熱儀（圖1）測試聚合物（DBT）和富勒烯（PCBM）的四種不同比例活性物質的加熱曲線，通過熔融吸收峰計算出這四種活性物質的熔融焓，然后計算得到活性層材料的結晶度和分子排列的規律。

圖1.珀金埃爾默DSC 9差示掃描量熱儀

實驗方法

實驗的初始溫度為30°C，溫度掃描范圍為30～300°C，載氣為氮氣（N₂），流速為20 mL/min，升降溫速率為20oC/min，為了穩定樣品溫度，將初始和最終溫度等溫保持1分鐘，如圖2所示。為消除樣品本身的熱史，以獲得準確的熱流曲線和樣品熔融焓，將樣品加熱兩次，并繪制第二條升溫曲線以計算樣品的熔融焓。在實驗之前，配置四種不同質量分數的聚合物（DBT）和富勒烯（PCBM）活性層材料，聚合物（DBT）的質量分數分別為10％、20％、40％和50％。

圖2.樣品測試的實驗條件（點擊查看大圖）

實驗結果

四種不同比例的截留聚合物（DBT）和富勒烯（PCBM）的活性層材料的第二次升溫曲線如圖3所示。四個樣品的峰熔融焓約為223°C，并且樣品的熔融焓隨DBT質量分數的增加而上升。隨著DBT質量分數的增加，電池活性層材料的熔融焓持續上升，材料的內部相容性更好，分子排列也更加規則。

圖3.四種不同比例的活性材料第二次升溫時的熔化曲線和熔化焓（點查看大圖）

然而，活性材料中較高的DBT質量分數可能會影響電子轉移效率，進而可能影響電池的換能效率。隨后，需要考慮電池能量轉換效率的大小來得出活性材料中聚合物（DBT）與富勒烯（PCBM）的最佳比例。

結論

本文使用珀金埃爾默DSC 9差示掃描量熱儀測試有機太陽能電池中活性層材料的熱流曲線，并根據熔融峰計算出熔融焓，以確定材料的分子排列和相容性。軟件中的峰面積計算功能簡化了數據處理步驟，并提高了實驗效率。

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