姚惠峰&侯劍輝ACS：基于小分子給體/聚合物受體OSCs效率超10%！

發(fā)表時(shí)間：2025-11-03 10:12

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主要內(nèi)容

東南大學(xué)姚惠峰教授與中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所侯劍輝研究員帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)開展深入研究，發(fā)現(xiàn)小分子給體/聚合物受體（Small - molecule Donor/Polymer Acceptor，SD/PA）體系作為有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic Solar Cells，OSCs）領(lǐng)域一種雖非傳統(tǒng)卻**前景的材料組合，展現(xiàn)出顯著的形貌穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)。然而，小分子給體（SD）分子間較強(qiáng)的相互作用，在成膜過(guò)程中極易引發(fā)過(guò)度聚集現(xiàn)象。這種過(guò)度聚集會(huì)嚴(yán)重阻礙激子的有效解離以及電荷的順暢傳輸，進(jìn)而對(duì)器件性能的提升形成明顯限制。

為解決這一關(guān)鍵問(wèn)題，姚惠峰教授與侯劍輝研究員團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種后處理策略，即采用反向熱退火（Reverse Thermal Annealing，RTA）與常規(guī)熱退火（Thermal Annealing，TA）相結(jié)合的方式（簡(jiǎn)稱RTA&TA），對(duì)基于BTR - Cl/PY - IT的小分子給體/聚合物受體有機(jī)太陽(yáng)能電池（SD/PA - OSCs）的形貌進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)RTA&TA處理后，小分子給體的聚集現(xiàn)象得到顯著抑制，相區(qū)尺寸從73.92納米成功減小至52.80納米。

這種形貌上的優(yōu)化帶來(lái)了多方面的積極影響：激子解離效率大幅提升，電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程明顯加速，同時(shí)復(fù)合損失得到有效控制。得益于這些改進(jìn)，器件的光電轉(zhuǎn)換效率一舉提升至10%以上，填充因子也從49.49%顯著提高到55.69%。

為深入探究背后的作用機(jī)制，團(tuán)隊(duì)運(yùn)用原子力顯微鏡（AFM）和掠入射廣角X射線散射（GIWAXS）技術(shù)對(duì)形貌進(jìn)行了詳細(xì)分析。分析結(jié)果證實(shí)，RTA&TA處理下改善的分子堆積結(jié)構(gòu)和相容性，是提升器件性能的關(guān)鍵內(nèi)在因素。

綜上所述，本研究有力地證明了將反向熱退火（RTA）與常規(guī)熱退火（TA）相結(jié)合，是一種極為有效的后處理策略。以BTR - Cl/PY - IT為模型體系的研究進(jìn)一步表明，RTA&TA處理不僅能顯著抑制BTR - Cl的過(guò)度聚集，還能促進(jìn)激子解離、增強(qiáng)電荷傳輸并有效減少?gòu)?fù)合。經(jīng)RTA&TA處理的**電池實(shí)現(xiàn)了高達(dá)10.01%的顯著光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），相較于僅采用TA處理的電池所達(dá)到的最高8.80%的PCE，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。本研究通過(guò)提出一種具有普遍適用性的策略，成功攻克了給體過(guò)度聚集這一制約SD/PA體系發(fā)展的關(guān)鍵難題，為SD/PA體系設(shè)定了新的性能標(biāo)桿，也為基于非常規(guī)材料組合的高效、穩(wěn)定有機(jī)太陽(yáng)能電池的開發(fā)進(jìn)程注入了強(qiáng)大動(dòng)力。

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