北師大薄志山AEM：超20%效率！D18:L8-BO:C9-1F三元異質(zhì)結(jié)OSCs

主要內(nèi)容

北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院薄志山教授、東華大學(xué)**低維材料中心馬在飛研究員與青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院劉亞輝教授共同帶領(lǐng)團(tuán)隊，開展了此項研究。團(tuán)隊成功合成了兩種小分子受體材料C9 - 1F和C9 - 1F - random，二者僅在末端F原子的位置上存在差異。當(dāng)與給體聚合物結(jié)合使用時，相較于C9 - 1F - random，C9 - 1F表現(xiàn)出更高的結(jié)晶度以及更優(yōu)的器件性能。

在明確了兩種受體材料的基礎(chǔ)性能差異后，團(tuán)隊將研究重點轉(zhuǎn)向受體結(jié)晶度對有機(jī)太陽能電池雙纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響。為此，研究團(tuán)隊選取了高性能二元體系D18:L8 - BO，并引入C9 - 1F作為第三組分。研究結(jié)果表明，C9 - 1F的高結(jié)晶度影響了活性層的成膜動力學(xué)，進(jìn)而形成了尺寸適宜的納米纖維網(wǎng)絡(luò)。與二元體系相比，三元共混薄膜展現(xiàn)出更高的結(jié)晶度以及更大的受體相疇尺寸，這有助于電荷傳輸并抑制載流子復(fù)合。最終，基于D18:L8 - BO:C9 - 1F的三元體相異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池實現(xiàn)了超過20%的**光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），達(dá)到已報道的最高水平之一，這一成果為有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域的發(fā)展開辟了新路徑。

團(tuán)隊進(jìn)一步深入探究了受體結(jié)晶度對活性層形貌的影響。團(tuán)隊精心設(shè)計了兩種受體分子，即C9 - 1F和C9 - 1F - random，二者因具有獨特的吸電子末端基團(tuán)而有所不同。研究結(jié)果表明，具有特定分子構(gòu)型的C9 - 1F相較于C9 - 1F - random，展現(xiàn)出更優(yōu)的結(jié)晶度和光伏性能。當(dāng)將C9 - 1F作為第三組分引入高性能二元體系D18:L8 - BO中時，其結(jié)晶度顯著影響了共混薄膜的形貌。具體而言，L8 - BO:C9 - 1F共混薄膜展現(xiàn)出更寬的纖維寬度，這歸因于C9 - 1F的高結(jié)晶度。值得注意的是，三元混合物D18:L8 - BO:C9 - 1F形成了一種獨特的雙連續(xù)互穿纖維網(wǎng)絡(luò)，且纖維寬度適宜。這種獨特結(jié)構(gòu)有效增強(qiáng)了激子解離、電荷收集和電荷傳輸能力。因此，三元有機(jī)太陽能電池實現(xiàn)了超過20%的**光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），顯著優(yōu)于其二元體系對應(yīng)物（D18:L8 - BO的PCE為19.34%，D18:C9 - 1F的PCE為14.96%），這充分證明，通過引入第三組分來優(yōu)化活性層結(jié)構(gòu)，是提升有機(jī)太陽能電池性能的有效方法。

此外，該研究提出的三元策略展現(xiàn)出出色的通用性，能夠在多種聚合物體系中實現(xiàn)優(yōu)異的光電性能。研究強(qiáng)調(diào)了通過第三組分的策略性設(shè)計，**調(diào)控活性層納米級雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要性。通過優(yōu)化結(jié)晶度和相疇尺寸，最終能夠?qū)崿F(xiàn)**的光伏性能。

文獻(xiàn)信息

High-Efficiency Ternary Organic Solar Cells Using Isomer-Free Mono-Fluorinated Terminal Group-Based Fused-Ring Acceptor as the Third Component

Hao Lu, Wenli Su, Nan Wei, Xiaodong Wang, Ya-Nan Chen, Yi Lin, Wenkai Zhang, Yaoyao Wei, Hongxiang Li, Wenchao Zhao, Longfei Jia, Yahui Liu, Zaifei Ma, Zhishan Bo

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202502316

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