南開陳永勝AEM：聚合物輔助形貌調(diào)控使ASM - OSCs效率達(dá)18.3%

主要內(nèi)容

全小分子有機(jī)太陽能電池（ASM - OSCs）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合成方面優(yōu)勢顯著。然而，受給體 - 受體混溶性影響，其形貌控制面臨諸多挑戰(zhàn)。南開大學(xué)陳永勝教授、闞斌研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)針對這一難題展開深入研究，提出了一種簡單高效的形貌調(diào)控策略：在BTR - Cl:Y6二元體系中引入少量聚合物給體PM6。

PM6的鏈狀結(jié)構(gòu)能夠引導(dǎo)BTR - Cl相外延生長，促使給體疇內(nèi)形成連續(xù)的纖維狀網(wǎng)絡(luò)?；诖瞬呗?，未使用添加劑且采用鄰二甲苯加工的器件展現(xiàn)出優(yōu)異的電荷動力學(xué)特性，短路電流密度和填充因子顯著提升，實(shí)現(xiàn)了18.3%的最高光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）。這一效率在非鹵代溶劑加工的小分子給體 - 小分子受體占主導(dǎo)的有機(jī)太陽能電池中處于領(lǐng)先水平。

不僅如此，在BTR - Cl:Y6體系中引入PM1，同樣實(shí)現(xiàn)了18.0%的PCE。這些器件還具有出色的厚度不敏感性，當(dāng)活性層厚度達(dá)300納米時，仍能保持峰值效率的96%。借助非鹵代溶劑的優(yōu)勢，團(tuán)隊(duì)成功制備出面積為13.5平方厘米的大面積有機(jī)太陽能電池，其PCE達(dá)到12.2%。柔性器件的PCE為14.9%，且在800次彎曲循環(huán)后，仍能保持初始PCE的92%，這主要?dú)w功于PM6的長鏈結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了活性層的抗開裂應(yīng)變。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，該形貌調(diào)控策略成效顯著。將少量聚合物PM6引入小分子給體 - 小分子受體占主導(dǎo)的有機(jī)太陽能電池（OSCs）中，有效解決了因小分子給體和受體高混溶性導(dǎo)致理想相分離難以實(shí)現(xiàn)的問題。這種調(diào)控優(yōu)化了活性層形貌，通過促進(jìn)面朝上取向和連續(xù)纖維網(wǎng)絡(luò)的形成，大幅提高了激子解離和電荷傳輸效率，使得基于BTR - Cl:PM6:Y6的器件效率高達(dá)18.3%。同時，BTR - Cl:PM6:Y6體系還表現(xiàn)出優(yōu)異的厚度不敏感性，具備大面積制備的潛力。得益于PM6的長鏈結(jié)構(gòu)，柔性三元器件實(shí)現(xiàn)了18.9%的高PCE，且在800次彎曲循環(huán)后仍能保持92%的初始效率。此外，將聚合物PM1引入BTR - Cl:Y6體系實(shí)現(xiàn)18.0%的PCE，進(jìn)一步驗(yàn)證了該策略的有效性。

盡管PM6/PM1聚合物在提升小分子給體 - 小分子受體占主導(dǎo)的活性層器件多方面性能上優(yōu)勢突出，但其批次間差異仍是一個亟待解決的重大挑戰(zhàn)。低聚物兼具小分子的結(jié)構(gòu)**性和批次可重復(fù)性，以及聚合物的優(yōu)異成膜能力和形貌穩(wěn)定性，是小分子給體 - 小分子受體占主導(dǎo)的OSCs形貌控制的理想候選材料。設(shè)計(jì)此類低聚物材料，有望解決聚合物批次間差異問題，進(jìn)一步提升小分子給體 - 小分子受體占主導(dǎo)的OSCs的整體性能，實(shí)現(xiàn)更高效穩(wěn)定器件的制備。因此，設(shè)計(jì)兼具聚合物形貌調(diào)控優(yōu)勢和小分子高純度、易結(jié)晶特性的低聚物材料，將是該領(lǐng)域未來研究的關(guān)鍵方向。

文獻(xiàn)信息

Polymer-Assisted Morphology Regulation Enables 18.3%–Efficiency in o-Xylene Processed All-Small-Molecule Organic Solar Cells

Jia Wang, Wenying Zhou, Wenkai Zhao, Baofa Lan, Jiaying Wang, Wanying Feng, Miaomiao Li, Adiljan Wupur, Weifei Fu, Guankui Long, Bin Kan, Yongsheng Chen

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202504576

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